JP2018021863A - ガス検知装置及びガス検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】誤検知を抑制しつつ、消費電力を低減することが可能なガス検知装置を提供すること。【解決手段】検知対象ガスと非検知対象ガスとを含むガスの濃度に応じて電気的特性が変化する感知層と、前記感知層を加熱するヒータ層と、を含むガスセンサと、前記感知層の電気的特性に基づいて、前記検知対象ガスを検知するガス検知部と、前記ヒータ層に通電し、前記感知層を、前記検知対象ガス及び前記非検知対象ガスを検知可能な第１の温度に制御する予備検知駆動と、前記ヒータ層に通電し、前記感知層を、前記第１の温度よりも高く、前記検知対象ガスを検知可能な第２の温度に制御する本検知駆動と、を切り替えるヒータ制御部と、を有し、前記ヒータ制御部は、前記予備検知駆動しているときに前記ガス検知部により前記検知対象ガス及び前記非検知対象ガスの少なくともいずれかが検知された場合、前記本検知駆動に切り替えることを特徴とするガス検知装置により上記課題を解決する。【選択図】図６

Description

本発明は、ガス検知装置及びガス検知方法に関する。

ガスを検知するときのみセンサを高温に加熱し、残りの時間を休止させる間欠駆動を行うガス検知装置が知られている。このガス検知装置では、常時センサを高温に加熱するガス検知装置と比較して消費電力を低減することができる。

しかしながら、間欠駆動を行うガス検知装置を用いる場合、ガスの種類によってはガスを検知する時間、即ち、センサを高温に加熱する時間が短いと、誤検知が生じる虞がある。

そこで従来、ガスを検知する時間、即ち、センサを高温に加熱する時間を長くすることで、誤検知の発生を抑制している（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２８３５８３号公報

しかしながら、センサを高温に加熱する時間を長くすると、消費電力が増加する。

そこで、本発明の一態様では、誤検知を抑制しつつ、消費電力を低減することが可能なガス検知装置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ガス検知装置は、検知対象ガスと非検知対象ガスとを含むガスの濃度に応じて電気的特性が変化する感知層と、前記感知層を加熱するヒータ層と、を含むガスセンサと、前記感知層の電気的特性に基づいて、前記検知対象ガスを検知するガス検知部と、前記ヒータ層に通電し、前記感知層を、前記検知対象ガス及び前記非検知対象ガスを検知可能な第１の温度に制御する予備検知駆動と、前記ヒータ層に通電し、前記感知層を、前記第１の温度よりも高く、前記検知対象ガスを検知可能な第２の温度に制御する本検知駆動と、を切り替えるヒータ制御部と、を有し、前記ヒータ制御部は、前記予備検知駆動しているときに前記ガス検知部により前記検知対象ガス及び前記非検知対象ガスの少なくともいずれかが検知された場合、前記本検知駆動に切り替えることを特徴とする。

開示のガス検知装置によれば、誤検知を抑制しつつ、消費電力を低減することができる。

一実施形態のガス検知装置のブロック図 一実施形態のガスセンサの概略断面図 一実施形態の制御装置の機能構成図 予備検知駆動での通電時の感知層の抵抗値の変化を示す図 本検知駆動での通電時の感知層の抵抗値の変化を示す図 第１の実施形態のガス検知処理の一例を説明するためのフローチャート 第１の実施形態のガス検知処理を行ったときの時間とヒータ層の温度との関係を説明するための図（１） 第１の実施形態のガス検知処理を行ったときの時間とヒータ層の温度との関係を説明するための図（２） 第２の実施形態のガス検知処理の一例を説明するためのフローチャート 第２の実施形態のガス検知処理を行ったときの時間とヒータ層の温度との関係を説明するための図

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することによって重複した説明を省く。

（ガス検知装置）
本発明の一実施形態のガス検知装置は、予備検知駆動しているときの感知層の電気的特性に基づいて、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替える。なお、予備検知駆動は、感知層を、検知対象ガス及び非検知対象ガスを検知可能な第１の温度に制御する駆動である。本検知駆動は、感知層を、第１の温度よりも高く、検知対象ガスが検知可能な第２の温度に制御する駆動である。これにより、ガス検知装置は、検知対象ガス及び非検知対象ガスのいずれも検知していない場合、本検知駆動よりも消費電力の低い予備検知駆動で動作する。このため、ガス検知装置の消費電力を低減することができる。

また、本発明の一実施形態のガス検知装置は、検知対象ガス及び非検知対象ガスのいずれかを検知した場合、本検知駆動で動作し、検知対象ガスと非検知対象ガスとを区別して検知する。このため、誤検知を抑制することができる。

本発明の一実施形態のガス検知装置は、例えば商用電源で駆動するガス検知装置、電池で駆動するガス検知装置（電池式ガス検知装置）等の種々の用途に利用することができるが、低い消費電力であるという特性から電池式ガス検知装置として好適に利用できる。電池式ガス検知装置では、コードレス化が可能であるため、設置場所の制約が少なくなる。

以下、ガス検知装置の具体的な構成の一例について、図１に基づき説明する。図１は、一実施形態のガス検知装置のブロック図である。

図１に示されるように、ガス検知装置１は、ガスセンサ１００と、制御装置２００と、電源３００と、表示器４００と、警報器５００と、外部インタフェース６００とを有する。

ガスセンサ１００は、例えば半導体式ガスセンサであり、ガス検知装置１が設置されている雰囲気中の検知対象ガスを検知する。検知対象ガスは、例えばメタン（ＣＨ_４）ガス、一酸化炭素（ＣＯ）ガス、プロパン（Ｃ_３Ｈ_８）ガス、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）である。ガスセンサ１００の詳細について後述する。

制御装置２００は、マイクロコンピュータ等のＣＰＵ及びその周辺回路によって構成されている。制御装置２００は、ガスセンサ１００、表示器４００、警報器５００及び外部インタフェース６００と接続されており、これらの各部の動作を制御する。

電源３００は、ガスセンサ１００及び制御装置２００と接続されている。電源３００は、ガスセンサ１００及び制御装置２００に電力を供給する。電源３００は、例えば一次電池、二次電池等の電池により構成されている。また、電源３００は、ＡＣ１００Ｖ等の商用電源と定電圧回路により構成されていてもよい。

表示器４００は、制御装置２００と接続されている。表示器４００は、ガスセンサ１００により検知対象ガスが検知された場合、検知対象ガスの種類、濃度等の検知情報を表示する。

警報器５００は、制御装置２００と接続されている。警報器５００は、ガスセンサ１００により検知対象ガスが検知された場合、警報音を発する。また、警報器５００は、ガス検知装置１の異常を検知した場合にも、警報音を発してもよい。

外部インタフェース６００は、制御装置２００と接続されている。外部インタフェース６００は、ガスセンサ１００により検知対象ガスが検知された場合、所定の電圧等の電気信号を外部に出力する。また、外部インタフェース６００は、ガス検知装置１の異常を検知した場合にも、所定の電圧等の電気信号を外部に出力してもよい。

（ガスセンサ）
ガスセンサ１００の一例について、図２に基づき説明する。図２は、一実施形態のガスセンサの概略断面図である。

図２に示されるように、ガスセンサ１００は、ダイアフラム構造を有する半導体式ガスセンサである。ガスセンサ１００は、基板１０と、熱絶縁支持層２０と、ヒータ層３０と、絶縁層４０と、ガス検知層５０とを有する。

基板１０は、半導体材料により形成される部材であり、例えばシリコン（Ｓｉ）により形成されている。基板１０の中央部分には、基板１０を貫通する貫通孔１１が形成されている。

熱絶縁支持層２０は、基板１０の上に形成されており、ダイアフラム構造を有する。熱絶縁支持層２０は、熱酸化膜２１と、支持膜２２と、熱絶縁膜２３とを有する。

熱酸化膜２１は、基板１０の上に形成されており、例えば熱酸化ＳｉＯ_２膜により形成されている。熱酸化膜２１は、ヒータ層３０で発生する熱が基板１０側へ熱伝導しないように熱容量を小さくするものである。また、熱酸化膜２１は、基板１０に対して高いエッチング選択性を有する。

支持膜２２は、熱酸化膜２１の上に形成されており、例えばＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４膜により形成されている。支持膜２２は、ダイアフラム構造の支持膜として機能する。

熱絶縁膜２３は、支持膜２２の上に形成されており、例えばＣＶＤ−ＳｉＯ_２膜により形成されている。熱絶縁膜２３は、ヒータ層３０との間に高い密着性を有すると共に、基板１０とヒータ層３０とを電気的に絶縁する。

ヒータ層３０は、熱絶縁支持層２０の上に、平面視において貫通孔１１が形成されている位置の中央部分に形成されている。これにより、ヒータ層３０は、基板１０と熱的に分離されている。また、ヒータ層３０は、電源３００（図１参照）から電力が供給されることにより発熱し、感知層５３及び選択燃焼層５４を加熱する。このとき、ヒータ層３０が基板１０と熱的に分離されているので、ヒータ層３０において発生した熱は、ほとんど周囲に拡散することはない。このため、ガス検知層５０を効率的に昇温させることができる。ヒータ層３０は、例えば白金（Ｐｔ）とタングステン（Ｗ）との合金膜（以下「Ｐｔ−Ｗ膜」ともいう。）、ニッケル（Ｎｉ）とクロム（Ｃｒ）との合金膜（以下「Ｎｉ−Ｃｒ膜」ともいう。）により形成されている。

絶縁層４０は、熱絶縁支持層２０の上に、ヒータ層３０を覆うように形成されており、例えばスパッタＳｉＯ_２膜により形成されている。絶縁層４０は、ヒータ層３０とガス検知層５０とを電気的に絶縁する。また、絶縁層４０は、ガス検知層５０との間に高い密着性を有する。

ガス検知層５０は、絶縁層４０の上に、平面視において貫通孔１１が形成されている位置の中央部分に形成されている。即ち、ガス検知層５０は、絶縁層４０の上に、平面視においてヒータ層３０が形成されている位置と対応するように形成されている。ガス検知層５０は、接合層５１と、電極層５２と、感知層５３と、選択燃焼層５４とを有する。

接合層５１は、絶縁層４０の上に、平面視において感知層５３の両端に形成される一対の電極層５２が配置される部分に形成されており、例えばタンタル（Ｔａ）膜、チタン（Ｔｉ）膜により形成されている。接合層５１は、絶縁層４０及び電極層５２との間に高い密着性を有する。接合層５１の膜厚は、例えば５００Åとすることができる。

電極層５２は、接合層５１の上に、平面視において感知層５３の両端に形成される一対の金属膜であり、例えば白金（Ｐｔ）膜、金（Ａｕ）膜により形成されている。電極層５２の膜厚は、例えば２０００Åとすることができる。

感知層５３は、絶縁層４０の上に、一対の電極層５２と接触するように形成されている。感知層５３は、金属酸化物により形成されており、例えばアンチモン（Ｓｂ）を添加したＳｎＯ_２（Ｓｂ−ＳｎＯ_２）により形成されている。感知層５３は、選択燃焼層５４を通過した検知対象ガスの濃度に応じて抵抗値等の電気的特性が変化するものである。また、感知層５３は、検知対象ガスをＣＨ_４ガスとした場合に、検知対象ガス以外のガスであるＣＯガス、水素（Ｈ_２）ガス等の非検知対象ガスの濃度に応じても抵抗値等の電気的特性が変化する。なお、感知層５３は、ＳｎＯ_２以外の材料、例えばＩｎ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２等の金属酸化物半導体を主成分とする材料により形成されていてもよい。また、本明細書における「主成分」とは、材料の成分として５０％以上含有していることを意味する。

選択燃焼層５４は、電極層５２及び感知層５３の上に、感知層５３の表面を覆うように形成されており、検知対象ガス及び非検知対象ガスを吸着する。なお、選択燃焼層５４は、感知層５３の上面に、平面視における大きさが感知層５３と同一となるように積層されていてもよい。選択燃焼層５４は、所定の温度に加熱されることにより、吸着した非検知対象ガスを燃焼させる一方、検知対象ガスをほとんど燃焼させない。これにより、選択燃焼層５４では、検知対象ガスに対して非検知対象ガスを選択的に燃焼させて除去することができる。このため、選択燃焼層５４において、感知層５３に到達する非検知対象ガスを減少させ、検知対象ガスを選択的に感知層５３に到達させることができる。その結果、感知層５３において検知対象ガスと非検知対象ガスとを区別して検知することができる。選択燃焼層５４は、例えばパラジウム（Ｐｄ）の貴金属触媒を担持したＡｌ_２Ｏ_３焼結材（ＰｄＯ−Ａｌ_２Ｏ_３）により形成されている。なお、貴金属触媒として、パラジウム（Ｐｄ）以外にも、白金（Ｐｔ）を採用してもよい。

（制御装置）
制御装置２００の機能構成の一例について、図３に基づき説明する。図３は、一実施形態の制御装置の機能構成図である。

図３に示されるように、制御装置２００は、ヒータ制御部２と、ガス検知部３と、記憶部４と、表示制御部５と、警報制御部６と、出力制御部７とを有し、これらの機能は、例えばマイクロコンピュータ等のＣＰＵ及びその周辺回路により実現される。

ヒータ制御部２は、ガスセンサ１００に供給する電力を制御する。具体的には、ヒータ制御部２は、電源３００より供給される電力を、ガスセンサ１００の駆動に対応するヒータ電圧の電力に変換し、ガスセンサ１００のヒータ層３０に間欠的に供給し、感知層５３の温度を変化させる。

ヒータ制御部２は、ガス検知部３により検知対象ガス及び非検知対象ガスのいずれも検知されていない場合、ガス検知装置１を予備検知駆動で動作させる。また、ヒータ制御部２は、予備検知駆動で動作しているときに、ガス検知部３により検知対象ガス及び非検知対象ガスの少なくともいずれかが検知された場合、本検知駆動に切り替える。

予備検知駆動は、所定の周期ごとに第１の時間、ヒータ層３０に通電し、感知層５３を、検知対象ガス及び非検知対象ガスを検知可能な第１の温度に制御する駆動である。所定の周期としては例えば３０秒とすることができ、第１の時間としては例えば０．０５秒とすることができ、第１の温度としては例えば３００℃とすることができる。なお、所定の周期は３０秒に限定されるものではなく、第１の時間は０．０５秒に限定されるものではなく、第１の温度は３００℃に限定されるものではない。

本検知駆動は、所定の周期ごとに第１の時間よりも長い第２の時間、ヒータ層３０に通電し、感知層５３及び選択燃焼層５４を、第１の温度よりも高く、検知対象ガスと非検知対象ガスとを区別して検知可能な第２の温度に制御する駆動である。所定の周期としては例えば３０秒とすることができ、第２の時間としては例えば０．２秒とすることができる。第２の温度は、感知層５３において検知対象ガスが検知可能であり、かつ、選択燃焼層５４において検知対象ガスに対して非検知対象ガスを選択的に燃焼させて除去することができる温度であり、例えば４５０℃とすることができる。なお、所定の周期は３０秒に限定されるものではなく、第２の時間は０．２秒に限定されるものではなく、第２の温度は４５０℃に限定されるものではない。

このように、予備検知駆動では、本検知駆動と比較して、ヒータ層３０に通電する電力が小さく、ヒータ層３０に通電する時間が短い。このため、予備検知駆動で動作しているときの消費電力は、本検知駆動で動作しているときの消費電力よりも小さくなる。

ガス検知部３は、電源３００より供給される電力を、ガスセンサ１００の駆動に対応するセンサ電圧の電力に変換し、ガスセンサ１００の感知層５３に供給する。

ガス検知部３は、予備検知駆動で動作しているときの感知層５３の抵抗値等の電気的特性に基づいて、検知対象ガス及び非検知対象ガスの少なくともいずれかを検知する。具体的には、ガス検知部３は、予備検知駆動しているときであって、ヒータ層３０に通電してから第１の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が第１の閾値以下である場合、検知対象ガス及び非検知対象ガスの少なくともいずれかを検知したと判定する。第１の閾値は、例えば検知対象ガスの種類、非検知対象ガス種類、感知層５３の材料に応じて定められる。例えば、検知対象ガスがメタン（ＣＨ_４）、非検知対象ガスが一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ_２）、感知層５３がＳｂ−ＳｎＯ_２で、図４の特性を示す場合、第１の閾値としては、１×１０^４Ωとすることができる。

図４は、予備検知駆動での通電時の感知層の抵抗値の変化を示す図である。図４では、ＣＨ_４、ＣＯ、Ｈ_２のいずれかのガスを所定の濃度で含む雰囲気又はＣＨ_４、ＣＯ、Ｈ_２のいずれのガスも含まない大気（ａｉｒ）雰囲気において、ヒータ層３０に通電してから０．０５秒経過するまでの感知層５３の抵抗値の変化を示している。図４中、時間（秒）を横軸で示し、感知層５３の抵抗値（Ω）を縦軸で示している。また、図４中、大気雰囲気における感知層５３の抵抗値の変化を一点鎖線で示し、ＣＨ_４ガスを４０００ｐｐｍの濃度で含む雰囲気における感知層５３の抵抗値の変化を太い実線で示している。さらに、ＣＯガスを５００ｐｐｍの濃度で含む雰囲気における感知層５３の抵抗値の変化を細い破線で示し、Ｈ_２ガスを４０００ｐｐｍの濃度で含む雰囲気における感知層５３の抵抗値の変化を太い破線で示している。

図４に示されるように、ＣＨ_４ガス、ＣＯガス及びＨ_２ガスのいずれかのガスを含む雰囲気では、時間の経過に伴って抵抗値が低下している。また、抵抗値の低下量は、大気雰囲気における抵抗値の低下量よりも大きい。よって、予備検知駆動では、ヒータ層３０に約０．０５秒間通電し、約０．０５秒が経過した時点における感知層５３の抵抗値を測定することにより、ＣＨ_４ガス、ＣＯガス、Ｈ_２ガスのいずれかのガスが存在することを検知することができる。

また、ガス検知部３は、本検知駆動で動作しているときの感知層５３の抵抗値等の電気的特性に基づいて、検知対象ガスを検知する。具体的には、ガス検知部３は、本検知駆動しているときであって、ヒータ層３０に通電してから第２の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下である場合、検知対象ガスを検知したと判定する。第２の閾値は、例えば検知対象ガスの種類、非検知対象ガスの種類、感知層５３の材料に応じて定められる。例えば、検知対象ガスがＣＨ_４、非検知対象ガスがＣＯ及びＨ_２、感知層５３がＳｂ−ＳｎＯ_２で、図５の特性を示す場合、第２の閾値としては、１×１０^４Ωとすることができる。なお、第２の閾値は、第１の閾値と同じであってもよく、異なっていてもよい。

図５は、本検知駆動での通電時の感知層の抵抗値の変化を示す図である。図５では、ＣＨ_４、ＣＯ、Ｈ_２のいずれかのガスを所定の濃度で含む雰囲気又はＣＨ_４、ＣＯ、Ｈ_２のいずれのガスも含まない大気（ａｉｒ）雰囲気において、ヒータ層３０に通電してから０．２秒経過するまでの感知層５３の抵抗値の変化を示している。図５中、時間（秒）を横軸で示し、感知層５３の抵抗値（Ω）を縦軸で示している。また、図５中、大気雰囲気における感知層５３の抵抗値の変化を一点鎖線で示している。また、ＣＨ_４ガスを１０００ｐｐｍの濃度で含む雰囲気における感知層５３の抵抗値の変化を細い実線で示し、ＣＨ_４ガスを４０００ｐｐｍの濃度で含む雰囲気における感知層５３の抵抗値の変化を太い実線で示している。さらに、ＣＯガスを５００ｐｐｍの濃度で含む雰囲気における感知層５３の抵抗値の変化を細い破線で示し、Ｈ_２ガスを４０００ｐｐｍの濃度で含む雰囲気における感知層５３の抵抗値の変化を太い破線で示している。

図５に示されるように、ＣＨ_４ガスを含む雰囲気では、時間の経過に伴って抵抗値が低下し、約０．１秒の時間が経過した後、略一定の値で安定している。一方、ＣＯガスを含む雰囲気及びＨ_２ガスを含む雰囲気では、時間の経過に伴って抵抗値が一旦低下し、その後、増加に転じ、徐々に大気雰囲気における抵抗値に近づくように変化している。よって、本検知駆動では、ヒータ層３０に約０．２秒間通電し、約０．２秒が経過した時点における感知層５３の抵抗値を測定することにより、ＣＨ_４ガスと、それ以外のガス（例えばＣＯガス、Ｈ_２ガス）とを区別し、ＣＨ_４のみを正確に検知することができる。

記憶部４は、例えば各種の判定に用いられる閾値（例えば第１の閾値、第２の閾値）、本検知駆動及び予備検知駆動の条件、駆動を切り替える条件、ガス検知装置１が警報を発したときの状態データ等の履歴データを記憶する。

表示制御部５は、ガス検知部３から入力される信号に基づいて、表示器４００が検知内容を表示するように制御する。

警報制御部６は、ガス検知部３から入力される信号に基づいて、警報器５００が警報音を発するように制御する。

出力制御部７は、ガス検知部３から入力される信号に基づいて、外部インタフェース６００が検知内容に応じた電圧等の電気信号を出力するように制御する。

（ガス検知処理）
〔第１の実施形態〕
本発明の第１の実施形態のガス検知処理（ガス検知方法）について、図６に基づき説明する。図６は、第１の実施形態のガス検知処理の一例を説明するためのフローチャートである。

図６に示されるように、最初に、ヒータ制御部２は、ガスセンサ１００を予備検知駆動させる（ステップＳ１）。

続いて、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第１の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第１の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第１の時間（例えば０．０５秒）が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第１の閾値以下である場合、検知対象ガス（例えばＣＨ_４ガス）及び非検知対象ガス（例えばＣＯガス、Ｈ_２ガス）の少なくともいずれかが検知されたと判定する。これに対し、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第１の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第１の閾値よりも大きい場合、検知対象ガス（例えばＣＨ_４ガス）及び非検知対象ガス（例えばＣＯガス、Ｈ_２ガス）のいずれも検知されていないと判定する。

ステップＳ２において、感知層５３の抵抗値が第１の閾値よりも大きいと判定された場合、即ち、ガス検知部３が検知対象ガス及び非検知対象ガスのいずれも検知していないと判定した場合、ステップＳ１へ戻り、予備検知駆動を継続する。

ステップＳ２において、感知層５３の抵抗値が第１の閾値以下であると判定された場合、即ち、ガス検知部３が検知対象ガス及び非検知対象ガスの少なくともいずれかを検知したと判定した場合、ヒータ制御部２は、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替える（ステップＳ３）。

続いて、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第２の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第２の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第２の時間（例えば０．２秒）が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第２の閾値以下である場合、検知対象ガス（例えばＣＨ_４）が検知されたと判定する。これに対し、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第２の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第２の閾値よりも大きい場合、検知対象ガス（ＣＨ_４ガス）は検知されておらず、非検知対象ガス（例えばＣＯガス、Ｈ_２ガス）が検知されたと判定する。

ステップＳ４において、感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下であると判定された場合、即ち、ガス検知部３が検知対象ガスを検知したと判定した場合、ガス検知部３は、表示制御部５、警報制御部６、出力制御部７に検知対象ガスを検知したことを示す信号を送信する。そして、ガス検知部３からの信号を受信した表示制御部５は表示器４００に検知情報を表示させ、警報制御部６は警報器５００に警報を発報させ、出力制御部７は外部インタフェース６００に電気信号を出力させる（ステップＳ５）。これらの警報の後、処理を終了する。

ステップＳ４において、感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きいと判定された場合、即ち、ガス検知部３が検知対象ガスを検知していないと判定した場合、ステップＳ１へ戻る。なお、ステップＳ４において、感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きいと判定された場合、ステップＳ１へ戻る前に、ガス検知部３は、記憶部４に記憶された第１の閾値を変更（例えば小さく）してもよい。

次に、第１の実施形態のガス検知処理を行ったときの時間とヒータ層３０の温度との関係について、図７及び図８に基づき説明する。図７及び図８は、第１の実施形態のガス検知処理を行ったときの時間とヒータ層３０の温度との関係を説明するための図である。図７及び図８中、時間を横軸で示し、ヒータ層３０の温度を縦軸で示している。

図７に示されるように、予備検知駆動しているガスセンサ１００では、所定の周期ごとに第１の時間ｔ１、ヒータ層３０の温度が第１の温度Ｔ１に昇温される。そして、ガスセンサ１００が予備検知駆動しているときに、ヒータ層３０に通電してから第１の時間ｔ１が経過した時の感知層５３の抵抗値が第１の閾値以下である場合、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替わる。そして、本検知駆動においてヒータ層３０に通電してから第２の時間ｔ２が経過するまでヒータ層３０の温度が第２の温度Ｔ２に昇温される。このとき、図７に示されるように、予備検知駆動においてヒータ層３０に通電した状態からヒータ層３０への通電を停止することなく本検知駆動におけるヒータ層３０への通電を行ってよい。また、図８に示されるように、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替わる際、予備検知駆動においてヒータ層３０に通電した状態からヒータ層３０への通電を一度停止し、所定の時間ｔ１１が経過した後、本検知駆動におけるヒータ層３０への通電を行ってもよい。そして、ガスセンサ１００が本検知駆動しているときに、ヒータ層３０に通電してから第２の時間ｔ２が経過した時の感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きい場合、本検知駆動から予備検知駆動へ切り替わる。そして、再び、予備検知駆動しているガスセンサ１００では、所定の周期ごとに第１の時間ｔ１、ヒータ層３０の温度が第１の温度Ｔ１に昇温される。そして、ガスセンサ１００が予備検知駆動しているときに、ヒータ層３０に通電してから第１の時間ｔ１が経過した時の感知層５３の抵抗値が第１の閾値以下である場合、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替わる。そして、本検知駆動においてヒータ層３０に通電してから第２の時間ｔ２が経過するまでヒータ層３０の温度が第２の温度Ｔ２に昇温される。そして、ガスセンサ１００が本検知駆動しているときに、ヒータ層３０に通電してから第２の時間ｔ２が経過した時の感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下である場合、警報を発報し、動作を終了する。

以上に説明したように、第１の実施形態では、ガス検知装置１は、予備検知駆動しているときの感知層５３の抵抗値に基づいて、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替える。これにより、ガス検知装置１は、検知対象ガス及び非検知対象ガスのいずれも検知していない場合、本検知駆動よりも消費電力の低い予備検知駆動で動作する。このため、ガス検知装置１の消費電力を低減することができる。また、ガス検知装置１は、検知対象ガス及び非検知対象ガスのいずれかを検知した場合、本検知駆動で動作し、検知対象ガスと非検知対象ガスとを区別して検知する。このため、誤検知を抑制することができる。

〔第２の実施形態〕
本発明の第２の実施形態のガス検知処理（ガス検知方法）について、図９に基づき説明する。図９は、第２の実施形態のガス検知処理の一例を説明するためのフローチャートである。

図９に示されるように、最初に、ヒータ制御部２は、ガスセンサ１００を予備検知駆動させる（ステップＳ２１）。

続いて、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第１の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第１の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。具体的には、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第１の時間（例えば０．０５秒）が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第１の閾値以下である場合、検知対象ガス（例えばＣＨ_４ガス）及び非検知対象ガス（例えばＣＯガス、Ｈ_２ガス）の少なくともいずれかが検知されたと判定する。これに対し、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第１の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第１の閾値より大きい場合、検知対象ガス（例えばＣＨ_４ガス）及び非検知対象ガス（例えばＣＯガス、Ｈ_２ガス）のいずれも検知されていないと判定する。

ステップＳ２２において、感知層５３の抵抗値が第１の閾値よりも大きいと判定された場合、即ち、ガス検知部３が検知対象ガス及び非検知対象ガスのいずれも検知していないと判定した場合、ステップＳ２１へ戻り、予備検知駆動を継続する。

ステップＳ２２において、感知層５３の抵抗値が第１の閾値以下であると判定された場合、即ち、ガス検知部３が検知対象ガス及び非検知対象ガスの少なくともいずれかを検知したと判定した場合、ヒータ制御部２は、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替える（ステップＳ２３）。

続いて、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第３の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第２の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２４）。具体的には、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第３の時間（例えば０．１秒）が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第２の閾値以下である場合、検知対象ガス（例えばＣＨ_４）が検知された可能性が高いと判定する。これに対し、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第３の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第２の閾値より大きい場合、検知対象ガス（ＣＨ_４ガス）は検知されておらず、非検知対象ガス（例えばＣＯガス、Ｈ_２ガス）が検知されたと判定する。

ステップＳ２４において、感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きいと判定された場合、即ち、ガス検知部３が非検知対象ガスを検知した可能性が高いと判定した場合、ステップＳ２１へ戻り、予備検知駆動を継続する。なお、ステップＳ２４において、感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きいと判定された場合、ステップＳ２１へ戻る前に、ガス検知部３は、記憶部４に記憶された第１の閾値を変更（例えば小さく）してもよい。

ステップＳ２４において、感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下であると判定された場合、即ち、ガス検知部３が検知対象ガスを検知した可能性が高いと判定した場合、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第４の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第２の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。具体的には、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第４の時間（例えば０．２秒）が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第２の閾値以下である場合、検知対象ガス（例えばＣＨ_４）が検知されたと判定する。これに対し、ガス検知部３は、ヒータ層３０に通電してから第４の時間が経過した時の感知層５３の抵抗値が記憶部４に記憶された第２の閾値よりも大きい場合、検知対象ガス（ＣＨ_４ガス）は検知されておらず、非検知対象ガス（例えばＣＯガス、Ｈ_２ガス）が検知されたと判定する。

ステップＳ２５において、感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下であると判定された場合、即ち、ガス検知部３が検知対象ガスを検知したと判定した場合、ガス検知部３は、表示制御部５、警報制御部６、出力制御部７に検知対象ガスを検知したことを示す信号を送信する。そして、ガス検知部３からの信号を受信した表示制御部５は表示器４００に検知情報を表示させ、警報制御部６は警報器５００に警報を発報させ、出力制御部７は外部インタフェース６００に電気信号を出力させる（ステップＳ２６）。これらの警報の後、処理を終了する。

ステップＳ２５において、感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きいと判定された場合、即ち、ガス検知部３が検知対象ガスを検知していないと判定した場合、ステップＳ２１へ戻る。なお、ステップＳ２５において、感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きいと判定された場合、ステップＳ２１へ戻る前に、ガス検知部３は、記憶部４に記憶された第１の閾値を変更（例えば小さく）してもよい。

なお、第２の実施形態のガス検知処理では、本検知駆動においてヒータ層３０に通電してから２つの時刻（第３の時間及び第４の時間が経過した時）の感知層５３の抵抗値に基づいて、検知対象ガスが検知されたか否かを判定したが、これに限定されない。本検知駆動において、例えばヒータ層３０に通電してから３つ以上の異なる時刻の感知層５３の抵抗値に基づいて、検知対象ガスが検知されたか否かを判定してもよい。

具体的には、本検知駆動では、ガス検知部３が、本検知駆動の通電時間中にＭ回（Ｍは２以上の整数）、感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下であるか否かの判定を行う。そして、（ｎ−１）回目（ｎは２以上Ｍ以下の整数）の判定において、ガス検知部３が感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きいと判定した場合、ヒータ制御部２は、本検知駆動から予備検知駆動に切り替える。一方、（ｎ−１）回目の判定において、ガス検知部３が感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下であると判定した場合、ガス検知部３はｎ回目の判定を行う。また、Ｍ回目の判定において、ガス検知部３が感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下であると判定した場合、ガス検知部３は、検知対象ガスを検知したと判定する。一方、Ｍ回目の判定において、ガス検知部３が感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きいと判定した場合、ヒータ制御部２は、本検知駆動から予備検知駆動に切り替える。

次に、第２の実施形態のガス検知処理を行ったときの時間とヒータ層３０の温度との関係について、図１０に基づき説明する。図１０は、第２の実施形態のガス検知処理を行ったときの時間とヒータ層３０の温度との関係を説明するための図である。図１０中、時間を横軸で示し、ヒータ層３０の温度を縦軸で示している。

図１０に示されるように、予備検知駆動しているガスセンサ１００では、所定の周期ごとに第１の時間ｔ１、ヒータ層３０の温度が第１の温度Ｔ１に昇温される。そして、ガスセンサ１００が予備検知駆動しているときに、ヒータ層３０に通電してから第１の時間ｔ１が経過した時の感知層５３の抵抗値が第１の閾値以下である場合、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替わる。そして、本検知駆動においてヒータ層３０に通電してから第３の時間ｔ３が経過するまでヒータ層３０の温度が第２の温度Ｔ２に昇温される。このとき、図１０に示されるように、予備検知駆動においてヒータ層３０に通電した状態からヒータ層３０への通電を停止することなく本検知駆動におけるヒータ層３０への通電を行ってよい。また、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替わる際、予備検知駆動においてヒータ層３０に通電した状態からヒータ層３０への通電を一度停止し、所定の時間が経過した後、本検知駆動におけるヒータ層３０への通電を行ってもよい。そして、ガスセンサ１００が本検知駆動しているときに、ヒータ層３０に通電してから第３の時間ｔ３が経過した時の感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きい場合、本検知駆動から予備検知駆動へ切り替わる。そして、再び、予備検知駆動しているガスセンサ１００では、所定の周期ごとに第１の時間ｔ１、ヒータ層３０の温度が第１の温度Ｔ１に昇温される。そして、ガスセンサ１００が予備検知駆動しているときに、ヒータ層３０に通電してから第１の時間ｔ１が経過した時の感知層５３の抵抗値が第１の閾値以下である場合、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替わる。そして、ヒータ層３０に通電してから第３の時間ｔ３が経過するまでヒータ層３０の温度が第２の温度Ｔ２に昇温される。そして、ガスセンサ１００が本検知駆動しているときに、ヒータ層３０に通電してから第３の時間ｔ３が経過した時の感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下である場合、ヒータ層３０に通電してから第４の時間ｔ４が経過するまでヒータ層３０の温度が第２の温度Ｔ２に昇温される。そして、ガスセンサ１００が本検知駆動しているときに、ヒータ層３０に通電してから第４の時間ｔ４が経過した時の感知層５３の抵抗値が第２の閾値以下である場合、警報を発報し、動作を終了する。なお、第３の時間ｔ３は、第１の実施形態における第２の時間ｔ２よりも短い時間である。また、第４の時間ｔ４は、第３の時間ｔ３よりも長い時間であり、第１の実施形態における第２の時間ｔ２と同じ時間であってもよく、異なる時間であってもよい。

以上に説明したように、第２の実施形態では、ガス検知装置１は、予備検知駆動しているときの感知層５３の抵抗値に基づいて、予備検知駆動から本検知駆動へ切り替える。これにより、ガス検知装置１は、検知対象ガス及び非検知対象ガスのいずれも検知していない場合、本検知駆動よりも消費電力の低い予備検知駆動で動作する。このため、ガス検知装置１の消費電力を低減することができる。また、ガス検知装置１は、検知対象ガス及び非検知対象ガスのいずれかを検知した場合、本検知駆動で動作し、検知対象ガスと非検知対象ガスとを区別して検知する。このため、誤検知を抑制することができる。

特に、第２の実施形態では、本検知駆動において、ヒータ層３０に通電してから第２の時間ｔ２よりも短い第３の時間ｔ３が経過した時の感知層５３の抵抗値が第２の閾値よりも大きい場合、本検知駆動から予備検知駆動へ切り替わる。これにより、第１の実施形態よりもガスセンサ１００が本検知駆動で動作する時間が短くなるので、第１の実施形態よりも消費電力を低減することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ ガス検知装置
２ ヒータ制御部
３ ガス検知部
４ 記憶部
５ 表示制御部
６ 警報制御部
７ 出力制御部
１０ 基板
１１ 貫通孔
２０ 熱絶縁支持層
３０ ヒータ層
４０ 絶縁層
５０ ガス検知層
５１ 接合層
５２ 電極層
５３ 感知層
５４ 選択燃焼層
１００ ガスセンサ
２００ 制御装置
３００ 電源
４００ 表示器
５００ 警報器
６００ 外部インタフェース

Claims (6)

1. 検知対象ガスと非検知対象ガスとを含むガスの濃度に応じて電気的特性が変化する感知層と、前記感知層を加熱するヒータ層と、を含むガスセンサと、
   前記感知層の電気的特性に基づいて、前記検知対象ガスを検知するガス検知部と、
   前記ヒータ層に通電し、前記感知層を、前記検知対象ガス及び前記非検知対象ガスを検知可能な第１の温度に制御する予備検知駆動と、前記ヒータ層に通電し、前記感知層を、前記第１の温度よりも高く、前記検知対象ガスを検知可能な第２の温度に制御する本検知駆動と、を切り替えるヒータ制御部と、
   を有し、
   前記ヒータ制御部は、前記予備検知駆動しているときに前記ガス検知部により前記検知対象ガス及び前記非検知対象ガスの少なくともいずれかが検知された場合、前記本検知駆動に切り替えることを特徴とするガス検知装置。
2. 前記予備検知駆動の通電時間は、前記本検知駆動の通電時間より短いことを特徴とする請求項１に記載のガス検知装置。
3. 前記ヒータ制御部は、前記予備検知駆動で前記感知層の電気的特性が第１の閾値以下の場合、前記検知対象ガス及び前記非検知対象ガスの少なくともいずれかを検知したと判定し、前記予備検知駆動に続けて前記本検知駆動を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス検知装置。
4. 前記本検知駆動では、前記ガス検知部が、前記本検知駆動の通電時間中にＭ回（Ｍは２以上の整数）、前記感知層の電気的特性が第２の閾値以下か否かの判定を行い、
   （ｎ−１）回目（ｎは２以上Ｍ以下の整数）の前記判定において、前記ガス検知部が前記感知層の電気的特性が前記第２の閾値よりも大きいと判定した場合、前記ヒータ制御部は、前記本検知駆動から前記予備検知駆動に切り替え、
   （ｎ−１）回目の前記判定において、前記ガス検知部が前記感知層の電気的特性が前記第２の閾値以下と判定した場合、前記ガス検知部はｎ回目の前記判定を行い、
   Ｍ回目の前記判定において、前記ガス検知部が前記感知層の電気的特性が前記第２の閾値以下と判定した場合、前記ガス検知部は、前記検知対象ガスを検知したと判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス検知装置。
5. 前記電気的特性は抵抗値であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のガス検知装置。
6. 検知対象ガスと非検知対象ガスとを含むガスの濃度に応じて電気的特性が変化する感知層と、前記感知層を加熱するヒータ層と、を含むガスセンサを有するガス検知装置を用いたガス検知方法であって、
   前記感知層の電気的特性に基づいて、前記ヒータ層に通電し、前記感知層を、前記検知対象ガス及び前記非検知対象ガスの少なくともいずれかを検知可能な第１の温度に制御する予備検知駆動と、前記ヒータ層に通電し、前記感知層を、前記第１の温度よりも高く、前記検知対象ガスを検知可能な第２の温度に制御する本検知駆動と、を切り替えることを特徴とするガス検知方法。

Images