JP2017142139A - 粒子検出センサ、移動体搭載用気体モニタ、及び、粒子検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子検出センサが振動する場合であっても、検出精度の劣化を低減することができる。【解決手段】粒子検出センサ１は、投光素子１１１及び受光素子１２１と、受光素子１２１からの出力を示す時系列の信号を信号処理することにより、流体中に含まれる粒子の質量濃度を算出する信号処理部２０とを備える。ここで、信号処理部２０は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合の基準となる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示すリファレンス情報を取得し、時系列の信号を周波数分析することにより、当該信号に含まれる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示す測定情報を取得し、リファレンス情報と測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定の場合、補正処理を行うことなく質量濃度を算出し、当該相対関係が略一定でない場合、補正処理を行って質量濃度を算出する。【選択図】図１

Description

本発明は、気体または液体である流体中に含まれる粒子を測定する粒子検出センサ、当該粒子検出センサを備える移動体搭載用気体モニタ、及び、粒子検出方法に関する。

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。このような光散乱式検出センサは、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。

この種の光散乱式粒子検出センサを含む機器として、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（例えば、特許文献１参照）。

特許第４５５５６６４号公報

しかしながら、このような粒子検出センサが振動した場合、当該粒子検出センサに取り込まれた気体は、本来の速度（絶対速度）に比べて見かけ上の速度（粒子検出センサに対する相対速度）が変化することとなる。このため、粒子検出センサの検出精度が劣化するという問題がある。

そこで、本発明は、振動する場合であっても、検出精度の劣化を低減することができる粒子検出センサ等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る粒子検出センサは、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出センサであって、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前記粒子によって散乱された光を受光する受光素子と、前記受光素子からの出力を示す時系列の信号を信号処理することにより、前記流体中に含まれる前記粒子の質量濃度を算出する信号処理部とを備え、前記信号処理部は、前記粒子検出センサが無振動状態の場合の基準となる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示すリファレンス情報を取得し、前記時系列の信号を周波数分析することにより、当該信号に含まれる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示す測定情報を取得し、前記リファレンス情報と前記測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定の場合、補正処理を行うことなく質量濃度を算出し、当該相対関係が略一定でない場合、前記補正処理を行って前記質量濃度を算出する。

また、本発明の一態様に係る移動体搭載用気体モニタは、上記の粒子検出センサと、前記粒子検出センサで算出された前記質量濃度を表示する表示部とを備える。

また、本発明の一態様に係る粒子検出方法は、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を受光する受光素子を有する粒子検出センサを用いて、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出方法であって、前記粒子検出センサが無振動状態の場合の基準となる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示すリファレンス情報を取得するステップと、前記時系列の信号を周波数分析することにより、当該信号に含まれる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示す測定情報を取得するステップと、前記リファレンス情報と前記測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定の場合、補正処理を行うことなく前記流体中に含まれる前記粒子の質量濃度を算出し、当該相対関係が略一定でない場合、前記補正処理を行って前記質量濃度を算出するステップとを含む。

本発明によれば、粒子検出センサが振動する場合であっても、検出精度の劣化を低減することができる。

実施の形態に係る粒子検出センサの構成の一例を示すブロック図である。 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。 デジタルデータの一例を示す波形図である。 粒子検出センサの動作を示すフローチャートである。 リファレンス情報取得処理の一例を示すフローチャートである。 無振動状態の場合の検知領域及びその周囲の状態を模式的に示す図である。 無振動状態の場合に得られる波形データの一例を示す波形図である。 リファレンス情報の波形の一例を示す波形図である。 測定情報取得処理及び質量濃度算出処理の一例を示すフローチャートである。 振動状態の場合の検知領域及びその周囲の状態を模式的に示す図である。 振動状態の場合に得られる波形データの一例を示す波形図である。 振動状態の場合における測定情報の波形の一例を示す波形図である。 振動状態の場合における測定情報の波形の他の一例を示す波形図である。 実施の形態に係る移動体搭載用気体モニタの一例を示す外観図である。

以下では、本発明の実施の形態に係る粒子検出センサ等について、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。

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または簡略化する場合がある。さらに、以下において、略一定等の表現を用いている。例えば、略一定とは、完全に一定であることを意味するだけでなく、実質的に一定であることも意味する。すなわち、「略」とは、数％程度の誤差を含む。

（実施の形態）
［１．構成］
まず、本発明の実施の形態に係る粒子検出センサ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検出センサ１の構成の一例を示すブロック図である。

粒子検出センサ１は、車両等の移動体に搭載され、当該粒子検出センサ１の周辺に漂う空気（以下、周辺空気と称する）に含まれる粒子の質量濃度を測定する。例えば、周辺空気には粒径が１０μｍ以下の微小なホコリ、花粉、煙、ＰＭ２．５等の粒子が含まれ、粒子検出センサ１はこれら粒子の質量濃度を粒径区分毎に測定することが可能である。

なお、以下では、「流体中の粒子の質量濃度」を、単に「質量濃度」と記載する場合がある。

同図に示すように、粒子検出センサ１は、センサ部１０と信号処理部２０とを備え、センサ部１０の検知領域ＤＡに位置する粒子２からの散乱光に基づいて、周辺空気の質量濃度を測定する。また、粒子検出センサ１は、さらに、粒子検出センサ１が備える各構成に対して電源を供給する電源部３０を備える。この電源部３０は、例えば、粒子検出センサ１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。

以下、粒子検出センサ１の各構成について、具体的に説明する。

［１−１．センサ部］
センサ部１０は、粒子検出センサ１の測定対象である周辺空気を取り込んで、取り込んだ周辺空気に光を照射し、その散乱光の光強度を示す信号（ここでは電流信号）を出力する、光電式センサ（光散乱式粒子検出センサ）である。つまり、センサ部１０は、取り込んだ周辺空気に含まれる粒子２に応じた時系列の信号を出力する。

具体的には、本実施の形態では、センサ部１０は、投光系１１と受光系１２と筐体１３と加熱部１５とを備え、筐体１３の流入口１８から流出口１９までの粒子流路に設けられた検知領域ＤＡに位置する粒子２からの散乱光に応じた信号を出力する。投光系１１、受光系１２及び検知領域ＤＡは、外光が照射されないように、筐体１３に収容されている。

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）を検知するためのエアロゾル検知領域（エアロゾル測定部）であり、投光系１１の光軸Ｐと受光系１２の光軸Ｑとが交差する交点を含む、例えばφ２ｍｍ程度の領域である。つまり、検知領域ＤＡは、投光系１１の光が投光される空間領域と投光系１１の光が粒子２に当たって発生した散乱光を受光系１２に導くための空間領域とが重なる空間領域である。

投光系１１は、検知領域ＤＡに光を投光する光学素子からなり、本実施の形態では、投光素子１１１と、投光素子１１１の前方（光投光側）に配置された投光レンズ１１２とを有する。

投光素子１１１は、検知領域ＤＡに光を投光する、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は、例えば、赤外光、青色光、緑色光、赤色光または紫外光等の所定の波長の光を投光し、２波長以上の混合波を投光してもよい。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の波長の光を投光する砲弾型のＬＥＤが用いられる。

なお、投光素子１１１から投光された光の波長が短いほど、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の投光制御方式は特に限定されるものではなく、投光素子１１１から投光される光は、ＤＣ駆動による連続光またはパルス光等とすることができる。また、投光素子１１１から投光される光の光強度は、時間的に変化していてもよい。

投光レンズ１１２は、投光素子１１１の前方かつ投光系１１の光軸Ｐ上に配置され、投光素子１１１から投光された光を検知領域ＤＡに向けて進行させるように構成されている。例えば、投光レンズ１１２は、投光素子１１１から投光された光を検知領域ＤＡに集光する集光レンズであり、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）等の透明樹脂またはガラスによって形成される。つまり、投光素子１１１から投光された光は、投光レンズ１１２を介して検知領域ＤＡに到達する。この際、検知領域ＤＡに粒子２が位置する場合、当該粒子２によって投光素子１１１からの光が散乱される。

受光系１２は、検知領域ＤＡからの光を受光する光学素子からなり、本実施の形態では、受光素子１２１と、受光素子１２１の前方（光入射側）に配置された受光レンズ１２２とを有する。検知領域ＤＡに粒子２が位置する場合、当該粒子２によって散乱された光（散乱光）は、受光系１２によって受光される。

受光素子１２１は、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって散乱された光を受光する。具体的には、受光素子１２１は、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子であり、本実施の形態では、投光素子１１１が投光する光に感度を有する、フォトダイオード及びフォトトランジスタの少なくとも一方を有する。つまり、受光素子１２１は、受光した光強度に応じた信号（ここでは電流信号）を出力する。なお、受光素子１２１は、例えば、フォトＩＣダイオードまたは光電子増倍管などを有してもよい。

受光レンズ１２２は、検知領域ＤＡと受光素子１２１との間に配置され、検知領域ＤＡに位置する粒子２による散乱光を受光素子１２１に集光するように構成されている。例えば、受光レンズ１２２は、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって散乱された光を受光素子１２１に集束させる集光レンズであり、投光レンズ１１２と同様の材質により形成される。

筐体１３は、遮光性を有し、粒子２を含む周辺空気（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１３は、迷光を減衰させやすいように、少なくとも内面が黒色面である。具体的には、筐体１３の内面は、光の減衰率が高く、かつ、光を鏡面反射する。なお、筐体１３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。

ここで、迷光とは、粒子２によって散乱された光以外の光であり、具体的には、投光素子１１１が投光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１３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１３の内部に進入した外光も含まれる。

筐体１３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、黒色の顔料または染料を添加した樹脂材料を用いて筐体１３を形成することで、筐体１３の内面を黒色面にして迷光の減衰を図ることができる。あるいは、射出成形後に筐体１３の内面に黒色塗料を塗布することで、筐体１３の内面を黒色面にして迷光の減衰を図ることができる。また、筐体１３の内面にシボ加工などの表面処理を行うことにより、迷光の減衰を図ることができる。

筐体１３には、上述したように流入口１８及び流出口１９が設けられている。このため、周辺空気は、流入口１８から筐体１３の内部に進入し、粒子流路を通って検知領域ＤＡに導かれ、流出口１９から筐体１３の外部に流出する。

なお、本実施の形態において、粒子流路の流路方向（粒子流路を気体が流れる方向）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、投光系１１及び受光系１２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。

加熱部１５は、当該加熱部１５周囲の気体を加熱することにより、粒子流路の気体を流して気流を発生させる気流発生装置である。具体的には、加熱部１５が周囲の気体を加熱すると、加熱された気体は、膨張して密度が小さくなることにより重力と逆方向の上方向に移動する。つまり、加熱部１５によって、上方向の気流（上昇気流）が発生する。この気流が粒子流路の気体を流すことにより、粒子流路に気流が生じることとなる。その結果、粒子検出センサ１の周辺空気が流入口１８から筐体１３内部に引き込まれるため、加熱部１５を設けない場合に比べて、センサ部１０内に多くの粒子２を取り込むことができる。

加熱部１５は、上昇気流を発生させることから、図１に示すように粒子流路の下方部分に設置されることが好ましい。なお、加熱部１５が動作していない状態でも、気体は粒子流路内を通過することができる。

［１−２．信号処理部］
信号処理部２０は、受光素子１２１からの出力を示す時系列の信号を信号処理することにより、流体中（本実施の形態では気体中）に含まれる粒子２の質量濃度を算出する。具体的には、信号処理部２０は、受光素子１２１から出力された信号（本実施の形態では電流信号）に対してアナログ信号処理を施し、さらに、アナログ信号処理後の信号に対してデジタル信号処理を施すことにより、上記の質量濃度を算出する。

図１に示すように、信号処理部２０は、アナログ信号処理を施すアナログ信号処理部２１と、デジタル信号処理を施す汎用ＭＰＵ２２とを備える。

アナログ信号処理部２１は、アナログ回路により構成され、本実施の形態では、受光素子１２１から出力された電流信号に対して各種のアナログ信号処理を施すことにより、当該電流信号に基づく電圧信号を出力する。ここで、各種のアナログ信号処理とは、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。アナログ信号処理部２１は、Ｉ／Ｖ変換を行うＩＶ変換部２１１と、バンドパスフィルタ処理及び増幅処理を行う増幅部２１２とを含む。

なお、アナログ信号処理部２１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）を行う構成であってもよい。

ＩＶ変換部２１１は、受光素子１２１から出力された電流信号をＩ／Ｖ変換することにより、当該電流信号に応じた電圧信号を生成する。このように電流信号を電圧信号に変換することにより、以降の信号処理の容易化が図られるとともに、ＩＶ変換部２１１の後段に接続された増幅部２１２の設計の容易化が図られる。

増幅部２１２は、ＩＶ変換部２１１で生成された電圧信号の所定の帯域を増幅する。具体的には、増幅部２１２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、センサ部１０の粒子流路を流れる気体の流速ｖ１に対応する周波数ｆｃ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、電圧信号のノイズに応じて適宜設定される周波数であってもよい。

増幅部２１２は、例えば、図１に示すように、ＩＶ変換部２１１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させるバンドパスフィルタ２１５と、バンドパスフィルタ２１５を通過した周波数成分からなる信号を増幅する増幅器２１６とを含む。なお、バンドパスフィルタ２１５及び増幅器２１６の接続順はこれに限らず、増幅器２１６がバンドパスフィルタ２１５より前段に設けられていてもよい。

このような構成により、アナログ信号処理部２１は、受光素子１２１からの出力を示し、かつ、検知領域ＤＡに位置する粒子２に対応するパルス状の波形を含む時系列の電圧信号を出力する。

ここで、粒子２に対応したパルス状の波形とは、検知領域ＤＡを通過する粒子２の速度及び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。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。

汎用ＭＰＵ２２は、デジタル回路により構成され、アナログ信号処理部２１から出力された電圧信号を用いて、センサ部１０の粒子流路に流れる気体に含まれる粒子の質量濃度を算出する。この汎用ＭＰＵ２２は、例えば、集積回路であるシステムＬＳＩにより実現され、以下で説明する機能ブロック毎に個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。

また、汎用ＭＰＵ２２は、システムＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。また、汎用ＭＰＵ２２は、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、または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。

汎用ＭＰＵ２２は、図１に示すように、ＡＤ変換部２２１と演算部２２２と記憶部２２３とを機能ブロックとして有し、ＡＤ変換部２２１で生成したデジタルデータを用いて、センサ部１０の粒子流路内に流れる気体に含まれる粒子についての種々の分析を行う。この種々の分析とは、例えば、粒子の質量濃度に限らず、当該粒子の粒径の算出、当該粒子の同定等が含まれてもかまわない。

以下、汎用ＭＰＵ２２の各機能ブロックについて、詳細に説明する。

ＡＤ変換部２２１は、増幅部２１２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２２１は、アナログ信号処理部２１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２２１は、受光素子１２１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。

本実施の形態では、ＡＤ変換部２２１は、汎用ＭＰＵ２２に予め組み込まれたＡＤ変換モジュールであり、当該汎用ＭＰＵ２２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２２１は、汎用ＭＰＵ２２のアナログ入力端子に入力された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する。その後、ＡＤ変換部２２１は、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、上記の時系列のデジタルデータを生成する。

演算部２２２は、ＡＤ変換部２２１で生成されたデジタルデータを用いて、センサ部１０の粒子流路に流れる気体に含まれる粒子２の質量濃度を算出する。なお、演算部２２２による処理の詳細については、後述する。

記憶部２２３は、演算部２２２が質量濃度を算出するための各種の情報を記憶する。記憶部２２３は、半導体メモリ等の記憶装置により実現され、本実施の形態では、汎用ＭＰＵ２２に予め組み込まれたメモリ領域である。なお、記憶部２２３は、汎用ＭＰＵ２２とは別体の記憶装置として設けられていてもかまわない。また、記憶部２２３が記憶する各種の情報の詳細については、後述する。

［２．動作］
次に、粒子検出センサ１の動作について説明する。

［２−１．センサ部］
まず、センサ部１０の動作について説明する。

加熱部１５により空気が加熱されると、筐体１３内の粒子流路に上昇気流が生じる。これに伴い、周辺空気中の粒子は、粒子流路の流入口１８から筐体１３の内部に進入し、粒子の検知領域ＤＡを通過して、粒子流路の流出口１９から筐体１３の外部に流出される。この際、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって、投光系１１から投光された光が散乱される。

粒子２によって散乱された光が受光素子１２１に入射すると、受光素子１２１によって受光量（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。

図２は、受光素子１２１から出力される電流信号の一例を示す波形図である。

同図に示す電流信号の波形には、４つのパルス状の波形Ｗ１〜Ｗ４が含まれる。具体的には、当該電流信号の波形には、ピーク値Ｉ３を有する波形Ｗ１と、ピーク値Ｉ２を有する波形Ｗ２と、ピーク値Ｉ１を有する波形Ｗ３及びＷ４とが含まれる。なお、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。

波形Ｗ１〜Ｗ４は、気流が粒子流路を流れることに伴って検知領域ＤＡを通過する粒子２に対応し、それぞれが対応する粒子２の粒径に応じたピーク値を有する。ここで、波形Ｗ１〜Ｗ３はそれぞれ１つのピークのみを有するのに対し、波形Ｗ４は２つのピークを有する。つまり、波形Ｗ１〜Ｗ３はそれぞれ１つの粒子に対応する単一波形であるのに対し、波形Ｗ４は２つの同一粒径の粒子に対応する２つの波形が合成された合成波形となっている。

［２−２．信号処理部］
次に、信号処理部２０の動作について、説明する。

ＩＶ変換部２１１が、受光素子１２１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１２１から出力された電流信号は電圧信号へと変換される。

次に、増幅部２１２が、当該電圧信号を所定の帯域で増幅する。

その後、ＡＤ変換部２２１が、増幅部２１２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２２１は、サンプリング及び量子化することにより、受光系１２からの出力を示すセンサ信号がデジタル化された時系列のデジタルデータを生成して、演算部２２２に出力する。

図３は、ＡＤ変換部２２１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。具体的には、同図には、図２に示した電流信号が信号処理されることで生成されたデジタルデータの波形図が示されている。

同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、同図では、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、同図では、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。これらの事項については、以降の波形図においても同様である。

同図に示すように、ＡＤ変換部２２１によって生成されたデジタルデータの波形では、ノイズによる波形ＷＮ（図２参照）がフィルタリングされてカットされ、粒子の各々に対応したパルス状の波形Ｗ１〜Ｗ４が含まれる。

このように生成されたデジタルデータを用いて、演算部２２２が質量濃度を算出する。

ここで、粒子検出センサ１が搭載された移動体が振動すると、粒子検出センサ１の振動によりデジタルデータに含まれるパルス状の波形が変化してしまい、質量濃度の検出精度が劣化する場合がある。このため、本実施の形態では、粒子検出センサ１が振動している場合には補正処理を行って質量濃度を算出し、粒子検出センサ１が振動していない場合には当該補正処理を行わずに質量濃度を算出する。これにより、本実施の形態に係る粒子検出センサ１によれば、検出精度の劣化を低減することができる。

［２−３．粒子検出処理］
以下、粒子検出センサ１の動作として、粒子検出センサ１による質量濃度を算出する処理である粒子検出処理について説明する。図４は、粒子検出センサ１の動作を示すフローチャートである。

まず、信号処理部２０は、粒子検出センサが無振動状態の場合の基準となる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示すリファレンス情報を取得する（Ｓ１０）。本実施の形態では、粒子検出センサ１が無振動状態である場合に、ＡＤ変換部２２１から出力された所定期間（例えば、１分間）にわたるデジタルデータを、演算部２２２がＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）等で周波数分析することにより、リファレンス情報が取得される。

なお、リファレンス情報を取得する手法はこれに限らず、例えば、センサ部１０及び信号処理部２０の特性等により予め定められたリファレンス情報を記憶部２２３から取得してもかまわない。また、リファレンス情報を取得するための上記の所定期間は特に限定されないが、リファレンス情報の周波数分解能の向上化の観点からは上記の所定時間が長いことが好ましい。

また、信号処理部２０がリファレンス情報を取得するタイミングは、特に限定されないが、例えば、リファレンス情報は、粒子検出センサ１が搭載される車両等の移動体が起動される度または所定の時間ごと（例えば１時間ごと）に取得されてもよい。この場合、粒子検出センサ１は、アナログ信号処理部２１等を構成するアナログ素子の経時的な特性変動による検出精度の劣化を抑制することができる。また、例えば、リファレンス情報は、粒子検出センサ１の工場出荷前の品質調整時に取得されてもよい。この場合、粒子検出センサ１は、工場出荷後にリファレンス情報を取得する必要がなく、処理負荷の軽減を図ることができる。

ここで、無振動状態とは、完全に振動していない状態（静止状態）が好ましいが、これに限らず、例えば１ＧＨｚ以下の微小な振動が発生している状態であってもかまわない。一方、振動状態とは、無振動状態より大きな振動が発生している状態であり、例えば、粒子検出センサ１を搭載する移動体の移動が移動している状態であって、当該移動体が路面等を移動することにより比較的大きな振動が発生している状態である。このような振動状態としては、例えば、１０Ｈｚ〜１００Ｈｚ等の所定の帯域の振動が一定期間継続している状態が挙げられる。

次に、信号処理部２０は、受光素子１２１からの出力を示す時系列の信号を周波数分析することにより、当該信号に含まれる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示す測定情報を取得する（Ｓ２０）。本実施の形態では、ＡＤ変換部２２１から出力された所定期間（例えば、１分間）にわたるデジタルデータを、演算部２２２がＦＦＴ等で周波数分析することにより、測定情報が取得される。

なお、信号処理部２０が測定情報を取得するタイミングは、特に限定されないが、例えば、測定情報は、リファレンス情報の取得に引き続いて取得されてもかまわないし、リファレンス情報の取得から任意の時間経過後に取得されてもかまわない。また、測定情報は、所定の時間ごと（例えば１０分間ごと）に取得されてもよいし、常時取得されてもよい。測定情報が常時取得されるように構成された粒子検出センサ１は、周辺空気の質量濃度が刻々と変化するような環境下で用いられる粒子検出センサとして好適である。

次に、信号処理部２０は、取得したリファレンス情報及び測定情報を用いて、質量濃度を算出する（Ｓ３０）。具体的には、信号処理部２０は、リファレンス情報と測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定の場合、補正処理を行うことなく質量濃度を算出し、当該相対関係が略一定でない場合、補正処理を行って質量濃度を算出する。つまり、信号処理部２０は、リファレンス情報と測定情報とで共通する複数の周波数成分にわたって、上記の相対関係が一定の場合に補正処理を行い、略一定でない場合に補正処理を行わない。

例えば、周波数成分毎の強度の相対関係とは、周波数成分毎のリファレンス情報と測定情報との強度の比である。ただし、これに限定されず、例えば、当該相対関係とは、周波数成分毎のリファレンス情報と測定情報との強度の差分であってもかまわない。

ここで、本実施の形態では、リファレンス情報及び測定情報の各々が示す強度は、規格化されている。また、信号処理部２０は、リファレンス情報と測定情報とについて、周波数成分毎の強度が略一致する場合、補正処理を行わず、少なくとも１つの周波数成分の強度が略一致しない場合、補正処理を行う。

以下、本実施の形態における粒子検出処理に含まれる各処理の詳細について、説明する。

まず、上述のリファレンス情報取得処理（Ｓ１０）の詳細について、説明する。

図５は、粒子検出センサ１によるリファレンス情報取得処理（Ｓ１０）の一例を示すフローチャートである。

まず、粒子検出センサ１が無振動状態で周辺空気を筐体１３内の粒子流路に引き込むことにより、検知領域ＤＡに粒子２を導入する（Ｓ１１）。

図６は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合の検知領域ＤＡ及びその周囲の状態を模式的に示す図である。なお、同図には、気流が破線で示され、投光系１１から投光された光及び検知領域ＤＡに位置する粒子２からの散乱光が実線で示されている。

同図に示すように、粒子検出センサ１が無振動状態の場合、検知領域ＤＡは略一定の領域となる。また、当該場合、粒子流路を流れる気流も略一定となる。このため、検知領域ＤＡに粒子２が位置する時間も略一定となる。

次に、演算部２２２が、受光素子１２１からの出力を示す時系列のデジタルデータに含まれるパルス状の波形である波形データを所定期間にわたって取得する（Ｓ１２）。

図７は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合に得られる波形データの一例を示す波形図である。具体的には、同図には、粒径がＤ１、Ｄ２、Ｄ３（ただし、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３を満たす）の粒子２に対応する３つの波形データが示されている。なお、パルス状の波形データには合成波形も含まれるが、同図では単一波形の波形データのみが示されている。また、同図では、互いに異なる時間に現れ得る３つの波形データを同一の時間に示している。

同図に示すように、粒径が大きい粒子２の波形データほど、電圧が大きくなることが分かる。ただし、粒子２の粒径によらず検知領域ＤＡに粒子２が位置する時間は略一定となるため、基準電位における波形データの時間幅も略一定となる。

次に、演算部２２２は、取得した波形データを周波数分析し（Ｓ１３）、周波数分析後の波形データを規格化する（Ｓ１４）。具体的には、演算部２２２は、周波数分析後の波形データの強度を周波数成分毎に最大パワーで規格化する。ここで、「最大パワー」とは、例えば、汎用ＭＰＵが正常に測定可能な電圧範囲の上限値である。最大パワーは、例えば、センサ部１０を構成する素子の仕様、センサ部１０及びアナログ信号処理部２１に含まれるアナログ素子の飽和レベル、ならびに、汎用ＭＰＵ２２のアナログ入力端子の上限電圧及びＡＤ変換部２２１のダイナミックレンジ等で決定される。

なお、波形データを規格化する電圧は最大パワーに限らず、予め定められた任意の電圧であってもかまわない。

このような処理によって、粒子検出センサ１が無振動状態の場合の基準となる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示すリファレンス情報が取得される。つまり、本実施の形態では、粒子検出センサ１が無振動状態の場合の時系列のデジタルデータを用いて周波数分析及び規格化することにより、上記のリファレンス情報が取得される。

本実施の形態では、リファレンス情報は、周波数及び強度を座標軸とする直交座標系において示される波形である。具体的には、リファレンス情報は、横軸を周波数かつ縦軸を強度とする座標軸において示される波形であり、波形データに含まれる周波数成分の分布を示す波形である。

図８は、リファレンス情報の波形の一例を示す波形図である。

同図に示すように、リファレンス情報の波形は、例えば、センサ部１０の粒子流路を流れる気体の流速ｖ１に対応する周波数ｆｃを中心周波数、帯域幅を増幅部２１２の帯域に規定されるｆｂｗとするような波形となる。

最後に、演算部２２２は、取得したリファレンス情報を記憶部２２３に書き込む（Ｓ１５）。

次に、測定情報取得処理（Ｓ２０）及び質量濃度算出処理（Ｓ３０）の詳細について、説明する。

図９は、粒子検出センサ１による測定情報取得処理（Ｓ２０）及び質量濃度算出処理（Ｓ３０）の一例を示すフローチャートである。

まず、粒子検出センサ１が周辺空気を筐体１３内の粒子流路に引き込むことにより、検知領域ＤＡに粒子２を導入する（Ｓ２１）。この処理は、上述のステップＳ１１と同様である。このとき、粒子検出センサ１が振動状態であるか否かは不明である。

図１０は、粒子検出センサ１が振動状態の場合の検知領域ＤＡ及びその周囲の状態を模式的に示す図である。なお、同図には、図６と同様に、気流が破線で示され、投光系１１から投光された光及び検知領域ＤＡに位置する粒子２からの散乱光が実線で示されている。

同図に示すように、粒子検出センサ１が振動状態の場合、投光系１１及び受光系１２が振動するため、検知領域ＤＡも振動によって振動する。つまり、検知範囲がブレることとなる。また、当該場合、粒子流路を流れる気流もブレ得るため、検知領域ＤＡに粒子２が位置する時間もブレることとなる。このため、受光素子１２１から出力される信号に含まれるパルス状の波形の時間幅が、無振動状態の場合に比べて変化する。

次に、演算部２２２が、受光素子１２１からの出力を示す時系列のデジタルデータに含まれるパルス状の波形である波形データを取得する（Ｓ２２）。そして、任意の時間が経過するまで（Ｓ２３でＹｅｓとなるまで）、この処理を繰り返す。つまり、所定期間にわたって波形データを取得する。

図１１は、粒子検出センサ１が振動状態の場合に得られる波形データの一例を示す波形図である。なお、同図には、粒子検出センサ１が無振動状態の場合に同じ粒径の粒子２から得られる波形データも示されている。

同図に示すように、粒子検出センサ１が振動状態の場合、無振動状態の場合に比べて、ピーク値が低下するとともに基準電位における波形データの時間幅が変化する。なお、無振動状態の場合と振動状態の場合との時間幅との大小関係は、振動状態の場合における粒子２の移動方向と検知領域ＤＡのブレる方向との相対関係に依存する。

次に、演算部２２２は、取得した波形データを周波数分析し（Ｓ２４）、周波数分析後の波形データを規格化する（Ｓ２５）。これらの処理は、上述のステップＳ１３及びＳ１４と同様である。

このような処理によって、受光素子１２１からの出力を示す時系列の信号に含まれる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示す測定情報が取得される。つまり、本実施の形態では、時系列のデジタルデータを用いて周波数分析及び規格化することにより、上記の測定情報が取得される。

ここで、測定情報は、リファレンス情報と同様に、周波数及び強度を座標軸とする直交座標系において示される波形である。具体的には、測定情報は、横軸を周波数かつ縦軸を強度とする座標軸において示される波形であり、波形データに含まれる周波数成分の分布を示す波形である。

次に、演算部２２２は、リファレンス情報を記憶部２２３から読み出し（Ｓ２６）、リファレンス情報が示す波形と測定情報が示す波形とが略一致するか否かを判断する（Ｓ２７）。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、粒子検出センサ１が振動状態の場合における測定情報の波形の一例を示す波形図である。なお、同図には、図８に示したリファレンス情報の波形の一例についても、あわせて図示している（図中の「無振動状態」）。

これらの図に示すように、粒子検出センサ１が振動状態の場合、測定情報の波形は、無振動状態の場合の波形に比べて、一部の周波数成分の波形が欠落したような波形となる。具体的には、この場合、測定情報の波形はリファレンス情報の波形に比べて、図１２Ａに示すように高域の周波数成分が欠落したり、図１２Ｂに示すように中央域の周波数成分が欠落したりする。

そこで、例えば、演算部２２２は、測定情報の示す波形がリファレンス情報の示す波形に比べて欠落していなければ２つの波形が略一致すると判断し、欠落していれば２つの波形が略一致しないと判断する。

なお、２つの波形が略一致するか否かを判断する手法は、上記の手法に限定されず、例えば、リファレンス情報の示す波形と測定情報の示す波形との相互相関関数を用いて判断してもかまわない。具体的には、相互相関関数の絶対値が０．９以上の場合に略一致すると判断してもかまわない。また、例えば、強度が所定の閾値以上となる周波数範囲が略一致する場合に、２つの波形が略一致すると判断してもかまわない。

そして、演算部２２２は、２つの波形が略一致する場合（Ｓ２７でＹｅｓ）、粒子検出センサ１が無振動状態であると判定して補正を非実施とする（Ｓ２８）。つまり、当該場合、信号処理部２０は、補正処理を行うことなく質量濃度を算出する。なお、質量濃度を算出する手法については、特に限定されてないが、例えば、所定時間内に取得した波形データのピークの個数により算出される個数濃度、及び、ピークの平均値に基づく平均質量等を用いて算出することができる。

一方、演算部２２２は、２つの波形が略一致しない場合（Ｓ２７でＮｏ）、粒子検出センサ１が振動状態であると判定し、補正を実施する（Ｓ２９）。つまり、当該場合、信号処理部２０は、補正処理を行って質量濃度を算出する。

信号処理部２０は、補正処理において、例えば、次のような補正係数を用いて質量濃度を算出する。

具体的には、粒子検出センサ１の工場出荷前の品質調整時に、無振動環境下及び振動環境下のそれぞれにおいて任意の同一の質量濃度の気体をセンサ部１０に導入する。そして、無振動環境下で算出された質量濃度がＫ１、振動環境下で補正処理をせずに算出された質量濃度がＫ２である場合、Ｋ１とＫ２との相対関係（例えばＫ１とＫ２との比）を補正係数とする。

つまり、信号処理部２０は、補正処理として、例えば、無振動状態であると仮定した場合に算出される質量濃度に対して上記の補正係数を乗算することにより、振動状態の場合の質量濃度を算出する。

なお、補正係数は上記の例に限らず、例えば、Ｋ１とＫ２との差分であってもかまわない。また、補正係数は上記の質量濃度の相対関係に限らず、無振動環境下及び振動環境下のそれぞれにおいて同一粒径の粒子を導入した際のセンサ部１０からの出力信号のピーク値の相対関係であってもかまわない。

また、補正係数は１つに限らず、複数定められていてもかまわない。例えば、信号処理部２０は、複数の補正係数のうち、測定情報の波形が欠落している周波数帯域に対応付けられた補正係数を用いて補正処理を行ってもかまわない。

また、補正係数は、記憶部２２３に記憶されていてもかまわないし、記憶部２２３とは別の記憶装置に記憶されていてもかまわない。あるいは、補正係数は、信号処理部２０（本実施の形態では演算部２２２）が補正処理を行う際に実行されるコードに含まれていてもかまわない。

このように、信号処理部２０は、リファレンス情報が示す波形と測定情報が示す波形とが略一致する場合、補正処理を行うことなく質量濃度を算出し、略一致しない場合、補正処理を行って質量濃度を算出する。

なお、ステップＳ２１及びステップＳ２５は上述の測定情報取得処理（Ｓ２０）の一例であり、ステップＳ２６〜ステップＳ２９は上述の質量濃度算出処理（Ｓ３０）の一例である。

［３．適用例］
以上説明した粒子検出センサ１は、移動体に搭載されて気体の質量濃度をモニタリングする（検知する）移動体搭載用気体モニタに適用することができる。

図１３は、本実施の形態に係る移動体搭載用気体モニタ１００の一例を示す外観図であり、（ａ）は当該外観図の全体図であり、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。

移動体搭載用気体モニタ１００は、移動体内の空間の気体の質量濃度をモニタリングする、例えば車載用の気体モニタである。なお、移動体搭載用気体モニタ１００がモニタリングする空間は、閉鎖空間に限らず、開放空間であってもかまわないし、あるいは、移動体外の空間の気体であってもかまわない。

同図に示すように、移動体搭載用気体モニタ１００は、上述した粒子検出センサ１と、当該粒子検出センサ１で算出された質量濃度を表示する表示部１１０とを備える。

粒子検出センサ１は、例えば、車のフロント部に配置され、フロントパネルに設けられた通気口１２０を介して導入された気体の質量濃度を算出する。また、粒子検出センサ１は、例えば、フロントパネルに設けられたボタン１３０ａ〜１３０ｃによって受け付けられたユーザの指示にしたがって、質量濃度を算出する対象の微小粒子を変更してもよい。

表示部１１０は、例えば、車のフロントパネルに設けられた液晶表示装置等のモニタ装置である。

なお、移動体搭載用気体モニタ１００は、このような構成に限らない。例えば、粒子検出センサ１が車のリア部に配置され、表示部１１０がフロント部に配置されていてもかまわない。また、移動体搭載用気体モニタ１００は、移動体に搭載されていればよく、移動体は車に限らず、列車または航空機であってもかまわない。

［４．まとめ］
以上説明したように、粒子検出センサ１は、気体または液体である流体中（本実施の形態では気体中）に含まれる粒子を検出する粒子検出センサである。粒子検出センサ１は、検知領域ＤＡに光を投光する投光素子１１１、及び、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって散乱された光を受光する受光素子１２１を備える。また、粒子検出センサ１は、受光素子１２１からの出力を示す時系列の信号を信号処理することにより、流体中に含まれる粒子の質量濃度を算出する信号処理部２０を備える。ここで、信号処理部２０は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合の基準となる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示すリファレンス情報を取得し、時系列の信号を周波数分析することにより、当該信号に含まれる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示す測定情報を取得する。また、リファレンス情報と測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定の場合、補正処理を行うことなく質量濃度を算出し、当該相対関係が略一定でない場合、補正処理を行って質量濃度を算出する。

上述したように、粒子検出センサ１が振動すると、無振動状態の場合に比べて上記の時系列の信号が変化する（図１１参照）。このため、振動状態の場合には、無振動状態の場合に比べて、当該信号に含まれる周波数成分及び周波数成分毎の強度が変化することとなる。よって、リファレンス情報と測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定でない場合、粒子検出センサ１が振動状態にあるとみなして補正処理を行う。これにより、粒子検出センサ１は、振動する場合であっても、検出精度の劣化を低減することができる。

また、粒子検出センサ１によれば、小型化の妨げとなる加速度センサ等の振動センサを設けることなく、振動状態の場合に補正処理を行って質量濃度を算出する。このため、粒子検出センサ１は、移動体に搭載される小型の粒子検出センサとして好適である。

また、リファレンス情報及び測定情報の各々が示す強度は、規格化されている。また、信号処理部２０は、リファレンス情報と測定情報とについて、周波数成分毎の強度が略一致する場合、補正処理を行わず、少なくとも１つの周波数成分の強度が略一致しない場合、補正処理を行う。

ここで、流体中に含まれる粒子の粒径が大きいほど、受光素子で受光される光強度も大きくなるため、受光素子からの出力を示す時系列の信号も大きくなる。よって、測定情報の示す強度が規格化されていない場合、当該強度は粒子の粒径に依存してしまう。よって、このような場合には、測定情報とリファレンス情報との強度の相対関係の判断に要する処理が複雑化し得る。

これに対して、リファレンス情報及び測定情報の各々が示す強度が規格化されることにより、粒子検出センサ１が無振動状態の場合には、流体中の粒子の粒径によらず測定情報とリファレンス情報とで周波数成分毎の強度が略一致することとなる。したがって、測定情報とリファレンス情報との強度の相対関係の判断に要する処理を簡素化しつつ、検出精度の劣化を低減することができる。

また、リファレンス情報及び測定情報の各々は、周波数及び強度を座標軸とする直交座標系において示される波形である。また、信号処理部２０は、リファレンス情報が示す波形と測定情報が示す波形とが略一致する場合、補正処理を行わず、略一致しない場合、補正処理を行う。

上述したように、粒子検出センサ１が振動すると、無振動状態の場合に比べて、時系列の信号を周波数分析した結果の波形において、一部が欠落する（図１２Ａ及び図１２Ｂ参照）。よって、リファレンス情報と測定情報とについて、各々が示す波形が略一致しない場合、粒子検出センサ１が振動状態にあるとみなして補正処理を行う。これにより、より簡易に検出精度の劣化を低減することができる。

また、移動体搭載用気体モニタ１００は、上述の粒子検出センサ１と、粒子検出センサ１で算出された質量濃度を表示する表示部１１０とを備える。

これにより、移動体搭載用気体モニタ１００は、粒子検出センサ１が振動する場合であっても検出精度の劣化が低減された質量濃度を表示することができる。

また、粒子検出方法は、検知領域ＤＡに光を投光する投光素子１１１、及び、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって散乱された光を受光する受光素子１２１を有する粒子検出センサ１を用いて、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出方法である。粒子検出方法は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合の基準となる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示すリファレンス情報を取得するステップ（Ｓ１０）を含む。また、粒子検出方法は、さらに、時系列の信号を周波数分析することにより、当該信号に含まれる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示す測定情報を取得するステップ（Ｓ２０）を含む。また、粒子検出方法は、さらに、リファレンス情報と測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定の場合、補正処理を行うことなく流体中に含まれる粒子の質量濃度を算出し、当該相対関係が略一定でない場合、補正処理を行って質量濃度を算出するステップ（Ｓ３０）を含む。

このように、粒子検出方法は、リファレンス情報と測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定でない場合、粒子検出センサ１が振動状態にあるとみなして補正処理を行う。これにより、粒子検出センサ１が振動する場合であっても、検出精度の劣化を低減することができる。

（その他の実施の形態）
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。

例えば、上記説明では、周波数分析の手法としてＦＦＴを例に説明したが、周波数分析の手法はこれに限定されず、例えば、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：離散フーリエ変換）であってもかまわない。

また、例えば、上記説明では、リファレンス情報及び測定情報の各々は規格化されているとしたが、規格化されていなくてもかまわない。このような場合、測定情報が示す強度が粒子の粒径に依存してしまうものの、全体的な傾向は規格化された測定情報と同一である。すなわち、このような場合であっても、粒子検出センサ１が無振動状態であれば、リファレンス情報と測定情報との周波数成分毎の相対関係は略一定となる。よって、このような場合であっても、リファレンス情報と測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定の場合に補正処理を行い、略一定でない場合に補正処理を行うことにより、上記説明と同様に検出精度の劣化を低減することができる。

また、例えば、リファレンス情報及び測定情報は、直交座標系において示される波形に限らず、周波数成分とそれに対応する強度とを対応付けるテーブルであってもかまわない。すなわち、リファレンス情報及び測定情報の周波数分解能が比較的低いことにより、これらが上記説明したような波形を示さない形態も本発明に含まれる。

また、例えば、粒子検出センサ１は、ＩＶ変換部２１１、増幅部２１２、ＡＤ変換部２２１のうち少なくとも１つを備えていなくてもよく、例えば、粒子検出センサ１がＡＤ変換部２２１を備えず、演算部２２２が増幅部２１２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。ただし、以下の観点から、粒子検出センサ１はＡＤ変換部２２１を備えることが好ましい。

すなわち、粒子検出センサ１がＡＤ変換部２２１を備えない場合、電圧信号のピークをアナログで算出する構成としては、例えば、ピークホールド回路、及び、複数の閾値と比較するための複数のコンパレータ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、ピークホールド回路内のコンデンサの充放電に時間を要することにより、電圧信号のピークを高速に検出することが困難である。さらに、アナログ回路構成として、複数のコンパレータを備えることが必要である。

これに対して、粒子検出センサ１が汎用ＭＰＵ２２に予め組み込まれたＡＤ変換モジュールであるＡＤ変換部２２１を備える場合、上記ピークホールド回路を用いる場合よりも電圧信号のピークを高速に検出することができるため、粒子の粒径を高速に演算できる。さらに、アナログ回路構成として複数のコンパレータを備える必要がないので、アナログ回路構成を簡素化及び低コスト化できる。

また、上記説明において、粒子を含む媒体は、気体（空気）としたが、気体以外の媒体（水等の液体）であってもよい。つまり、粒子検出センサ１は、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する。

また、上記説明において、汎用ＭＰＵ２２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。

また、汎用ＭＰＵ２２を構成する構成要素（機能）の一部または全ては、粒子検出センサ１を備える各種機器（例えば、移動体搭載用気体モニタ１００）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。

また、本発明は、このような粒子検出センサ１として実現することができるだけでなく、粒子検出センサ１が行うステップ（処理）を含む方法として実現できる。

例えば、それらのステップは、コンピュータ（コンピュータシステム）によって実行されてもよい。そして、本発明は、それらの方法に含まれるステップを、コンピュータに実行させるためのプログラムとして実現できる。さらに、本発明は、そのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等である非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現できる。

例えば、本発明が、プログラム（ソフトウェア）で実現される場合には、コンピュータのＣＰＵ、メモリおよび入出力回路等のハードウェア資源を利用してプログラムが実行されることによって、各ステップが実行される。つまり、ＣＰＵがデータをメモリまたは入出力回路等から取得して演算したり、演算結果をメモリまたは入出力回路等に出力したりすることによって、各ステップが実行される。

その他、各実施の形態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、または、本発明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およ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発明に含まれる。

１ 粒子検出センサ
２ 粒子
２０ 信号処理部
１００ 移動体搭載用気体モニタ
１１０ 表示部
１１１ 投光素子
１２１ 受光素子

Claims (5)

1. 気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出センサであって、
   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前記粒子によって散乱された光を受光する受光素子と、
   前記受光素子からの出力を示す時系列の信号を信号処理することにより、前記流体中に含まれる前記粒子の質量濃度を算出する信号処理部とを備え、
   前記信号処理部は、
   前記粒子検出センサが無振動状態の場合の基準となる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示すリファレンス情報を取得し、
   前記時系列の信号を周波数分析することにより、当該信号に含まれる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示す測定情報を取得し、
   前記リファレンス情報と前記測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定の場合、補正処理を行うことなく質量濃度を算出し、当該相対関係が略一定でない場合、前記補正処理を行って前記質量濃度を算出する
   粒子検出センサ。
2. 前記リファレンス情報及び前記測定情報の各々が示す強度は、規格化されており、
   前記信号処理部は、前記リファレンス情報と前記測定情報とについて、周波数成分毎の強度が略一致する場合、前記補正処理を行わず、少なくとも１つの周波数成分の強度が略一致しない場合、前記補正処理を行う
   請求項１に記載の粒子検出センサ。
3. 前記リファレンス情報及び前記測定情報の各々は、周波数及び強度を座標軸とする直交座標系において示される波形であり、
   前記信号処理部は、前記リファレンス情報が示す前記波形と前記測定情報が示す前記波形とが略一致する場合、前記補正処理を行わず、略一致しない場合、前記補正処理を行う
   請求項２に記載の粒子検出センサ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子検出センサと、
   前記粒子検出センサで算出された前記質量濃度を表示する表示部とを備える
   移動体搭載用気体モニタ。
5. 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を受光する受光素子を有する粒子検出センサを用いて、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出方法であって、
   前記粒子検出センサが無振動状態の場合の基準となる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示すリファレンス情報を取得するステップと、
   前記時系列の信号を周波数分析することにより、当該信号に含まれる周波数成分と周波数成分毎の強度との関係を示す測定情報を取得するステップと、
   前記リファレンス情報と前記測定情報とについて、周波数成分毎の強度の相対関係が略一定の場合、補正処理を行うことなく前記流体中に含まれる前記粒子の質量濃度を算出し、当該相対関係が略一定でない場合、前記補正処理を行って前記質量濃度を算出するステップとを含む
   粒子検出方法。

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