JP2018054475A - 微粒子測定装置および微粒子測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】コロナケーブルまたはイオン発生部における電圧を直接検出することなく、コロナケーブルまたはイオン発生部などでの電気的接続状態の異常状態を判定できる微粒子測定装置および微粒子測定システムを提供する。【解決手段】微粒子測定システム１０の微粒子測定装置３００においては、制御部６００は、異常判定処理（Ｓ１３０）において、コロナローサイド電流Ｃ１が電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下と判定する場合には、コロナ芯線２０２が断線した断線異常状態であると仮判定して、断線異常カウンタＣＮＢをインクリメントする（Ｓ１４０）。制御部６００は、断線異常カウンタＣＮＢが断線判定閾値Ｃｔｈ以上となる場合（Ｓ１６０で肯定判定）に、コロナ芯線２０２が断線異常状態であると判定している（Ｓ１７０）。【選択図】図６

Description

本発明は、被測定ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する微粒子測定装置および微粒子測定システムに関する。

被測定ガス（例えば、内燃機関から排出される排気ガスなど）に含まれる微粒子（例えば煤）の量を測定する微粒子測定システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
微粒子測定システムは、被測定ガスに晒されて微粒子を検出する微粒子センサと、コロナケーブルを介して微粒子センサに電気的に接続されて微粒子センサを制御する微粒子測定装置と、を備える。

微粒子センサは、イオン発生部と、帯電室と、捕捉部と、を備えている。微粒子測定装置は、コロナ放電用絶縁トランスと、微粒子演算部と、コロナ放電制御部と、を備えている。コロナケーブルは、イオン発生部とコロナ放電用絶縁トランスとを電気的に接続するコロナ芯線と、コロナ芯線とは電気的に絶縁された状態でコロナ芯線を覆うシールド線と、を備えている。

そして、微粒子測定システムは、コロナ放電によりイオン発生部で発生させたイオンを用いて、帯電室にて被測定ガス中の少なくとも一部の微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成し、微粒子センサから外部に排出される帯電微粒子の量に応じて流れる電流に基づいて微粒子の量を測定する。

特開２０１３−１９５０６９号公報

しかし、微粒子測定システムにおいては、外力の印加や使用者による微粒子センサの取扱いの状態などの影響により、コロナケーブルおよびイオン発生部などで電気的接続状態に異常（例えば、コロナ芯線の断線異常など）が発生することがあり、そのような異常状態を判定するためには高価な装置が必要となるという問題がある。

つまり、コロナケーブルおよびイオン発生部には高電圧が印加されているため、コロナケーブルおよびイオン発生部から電圧を直接検出する場合には、高電圧に耐えられる高価な検出装置が必要となる。そのような高価な検出装置を用いる場合、微粒子測定装置および微粒子測定システムの製造コストが増加するという問題が生じる。

そこで、本発明は、コロナケーブルまたはイオン発生部における電圧を直接検出することなく、コロナケーブルまたはイオン発生部などでの電気的接続状態の異常状態を判定できる微粒子測定装置および微粒子測定システムを提供することを目的とする。

本発明の１つの局面における微粒子測定装置は、被測定ガス中の微粒子を検出する微粒子センサに電気的に接続されて、微粒子センサを制御して被測定ガス中の微粒子の量を測定する微粒子測定装置であって、コロナ放電用絶縁トランスと、信号線と、微粒子演算部と、コロナ放電制御部と、異常判定部と、を備える。

微粒子センサは、イオン発生部と、帯電室と、捕捉部と、支持金具と、を備える。
イオン発生部は、コロナ放電によってイオンを発生する。帯電室は、被測定ガスを取り込み、イオンを用いて被測定ガス中の微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成する。捕捉部は、イオン発生部で発生したイオンのうち微粒子の帯電に使用されなかったイオンを捕捉する。支持金具は、イオン発生部、帯電室、捕捉部のそれぞれと電気的に絶縁された状態で、イオン発生部、帯電室、捕捉部を支持する。

コロナ放電用絶縁トランスは、一次側コイルおよび二次側コイルを有して電圧変換を行う。信号線は、捕捉部から二次側コイルの基準電位である二次側基準電位に至る信号経路のうち少なくとも一部を形成する。微粒子演算部は、微粒子センサから外部に排出される帯電微粒子の量に応じて信号線に供給される補償電流の電流値に基づいて、被測定ガス中の微粒子の量を演算する。コロナ放電制御部は、二次側コイルに発生するイオン電力を制御するために、信号経路に流れる二次側電流に基づいて一次側コイルへの供給電力量を制御する。なお、イオン電力は、イオン発生部でイオンを発生させるための電力である。

微粒子測定装置は、コロナケーブルを介して微粒子センサに電気的に接続されている。コロナケーブルは、コロナ芯線と、内側シールド線と、外側シールド線と、を備える。
コロナ芯線は、二次側コイルからイオン発生部に対して電力供給するための経路のうち少なくとも一部を形成する。内側シールド線は、コロナ芯線とは電気的に絶縁されるとともに、捕捉部および信号線のそれぞれに電気的に接続されている。外側シールド線は、コロナ芯線および内側シールド線とは電気的に絶縁されるとともに、一次側コイルの基準電位である一次側基準電位および支持金具にそれぞれ電気的に接続されている。

異常判定部は、二次側電流に基づいて、コロナ芯線が断線した断線異常状態であるか否かを判定する。
このような微粒子測定装置では、コロナケーブルまたはイオン発生部などでの電気的接続状態の異常（例えば、コロナ芯線の断線異常など）が発生すると、二次側コイルからイオン発生部への電力供給が適切に行われない。この場合、イオン発生部は適切にイオンを発生できないため、帯電室での帯電微粒子の生成が適切に実行できず、捕捉部でのイオンの捕捉も適切に行われない。このため、捕捉部から内側シールド線を介して信号線に流れる電流は、電気的接続状態が正常である場合とは異なる異常な挙動を示し、二次側電流についても電気的接続状態が正常である場合とは異なる異常な挙動を示す。

このため、異常判定部は、二次側電流に基づいて、コロナケーブルまたはイオン発生部などでの電気的接続状態の異常（コロナ芯線の断線異常状態など）を判定できる。このときのコロナ芯線の断線異常状態としては、例えば、コロナ芯線が途中で破断して電気的導通が不可能となる状態、コロナ芯線と二次側コイルとの接続が遮断されて電気的導通が不可能となる状態、コロナ芯線とイオン発生部との接続が遮断されて電気的導通が不可能となる状態などが挙げられる。

よって、この微粒子測定装置によれば、コロナケーブルまたはイオン発生部における電圧を直接検出することなく、コロナケーブルまたはイオン発生部などでの電気的接続状態の異常を判定できる。

なお、微粒子センサから外部に排出される帯電微粒子の量に応じて信号線に供給される補償電流の電流値は、帯電微粒子の量に応じた値を示すとともに、被測定ガス中の微粒子の量に応じた値を示す。また、補償電流の電流値は、補償電流の電流値を直接的に示す数値に限られることはなく、補償電流の電流値を間接的に示す数値であってもよい。例えば、補償電流の電流値と相関関係を有する電圧値など、補償電流の電流値と相関関係を有する他の状態量を用いて表された数値であってもよい。

上述の微粒子測定装置においては、異常判定部は、二次側電流が予め定められた判定値以下である場合に、断線異常状態であると判定してもよい。
もし、コロナ芯線の断線異常状態である場合、二次側コイルに発生したイオン電力は、二次側コイルからコロナ芯線の断線箇所までの領域には供給可能であるが、コロナ芯線の断線箇所からイオン発生部に至る領域には供給が不可能となる。つまり、コロナ芯線の断線異常状態である場合、イオン発生部ではイオンが発生せず、イオン発生部から捕捉部へのイオンの移動は発生しないため、捕捉部で捕捉されたイオンによる電流が信号線に流れることはない。

このため、二次側電流と予め定められた判定値とを比較し、二次側電流が判定値以下であるか否かを判定することで、コロナ芯線が断線した断線異常状態であるか否かを判定できる。

上述の微粒子測定装置においては、異常判定部は、二次側電流が判定値以下である状態が予め定められた断線異常時間以上継続している場合に、断線異常状態であると判定してもよい。

つまり、二次側電流が判定値以下となる場合に、直ちにコロナ芯線が断線異常状態であると判定するのではなく、二次側電流が判定値以下である状態が断線異常時間以上継続しているか否かの判定結果に基づき、コロナ芯線が断線異常状態であるか否かを判定する。このように判定することで、ノイズなどの影響により一時的に二次側電流が判定値以下となる場合に、直ちにコロナ芯線が断線異常状態であると誤判定することを抑制できる。

よって、この微粒子測定装置によれば、ノイズなどの影響による誤判定の発生頻度を低減できるため、コロナ芯線の断線異常状態の判定精度を向上できる。
上述の微粒子測定装置においては、異常判定部にて断線異常状態と判定された場合に、コロナ芯線が断線異常状態であることを報知する報知部を備えてもよい。

このような報知部を備えてコロナ芯線が断線異常状態であることを報知することで、微粒子測定装置の使用者に対して、コロナケーブルの接続状態の確認作業を喚起したり、コロナケーブルの交換を喚起することができる。

これにより、この微粒子測定装置は、コロナ芯線が断線異常状態である状況下で微粒子センサを用いた微粒子測定が継続されることを抑制し、微粒子センサの測定性能の低下を抑制できる。

本発明の他の局面における微粒子測定システムは、被測定ガス中の微粒子を検出する微粒子センサと、微粒子センサにコロナケーブルを介して電気的に接続されて、微粒子センサを制御して被測定ガス中の前記微粒子の量を測定する微粒子測定装置と、を備える微粒子測定システムであって、微粒子測定装置は、上述のうちいずれかの微粒子測定装置である。

この微粒子測定システムは、上述の微粒子測定装置に対してコロナケーブルを介して微粒子センサを接続した構成をなすものであり、コロナケーブルまたはイオン発生部における電圧を直接検出することなく、コロナケーブルまたはイオン発生部などでの電気的接続状態の異常状態を判定できる。

本発明の微粒子測定装置および微粒子測定システムによれば、コロナケーブルまたはイオン発生部における電圧を直接検出することなく、コロナケーブルまたはイオン発生部などでの電気的接続状態の異常を判定できる。

微粒子測定システムの全体構成を説明するための説明図であり、（ａ）は、微粒子測定システムを搭載した車両の概略構成を例示した説明図であり、（ｂ）は、車両に取り付けられた微粒子測定システムの概略構成を例示した説明図である。 微粒子センサの先端部の概略構成を模式的に示した説明図である。 微粒子センサおよび電気回路部の電気的な概略構成を示した説明図である。 イオン電流測定回路の概略構成を例示した説明図である。 コロナ電流測定回路の概略構成を例示した説明図である。 異常判定処理の処理内容を表したフローチャートである。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
本実施形態に係る微粒子測定システムの構成について説明する。

図１は、第１実施形態に係る微粒子測定システム１０の全体構成を説明するための説明図である。図１（ａ）は、微粒子測定システム１０を搭載した車両５００の概略構成を例示した説明図である。図１（ｂ）は、車両５００に取り付けられた微粒子測定システム１０の概略構成を例示した説明図である。

微粒子測定システム１０は、微粒子センサ１００と、コロナケーブル２０１と、補助ケーブル２１１と、空気供給管２２４と、微粒子測定装置３００と、を含んで構成され、内燃機関４００から排出される排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関４００とは、車両５００の動力源であり、ディーゼルエンジン等によって構成されている。

微粒子センサ１００は、内燃機関４００から延びる排ガス配管４０２に取り付けられるとともに、コロナケーブル２０１および補助ケーブル２１１を介して微粒子測定装置３００と電気的に接続されている。本実施形態では、微粒子センサ１００は、排ガス配管４０２のうちフィルタ装置４１０（例えば、ＤＰＦ（Diesel particulate filter ））よりも下流側部分に取り付けられている。微粒子センサ１００は、排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号を微粒子測定装置３００に出力する。

微粒子測定装置３００は、微粒子センサ１００を駆動させるとともに、微粒子センサ１００から入力される信号に基づいて、排ガス中の微粒子の量を検出（測定）する。微粒子測定装置３００が検出する「排ガス中の微粒子の量」とは、排ガス中の微粒子の表面積の合計に比例する値であってもよいし、微粒子の質量の合計に比例する値であってもよい。または、排ガスの単位体積中に含まれる微粒子の個数に比例する値であってもよい。微粒子測定装置３００で検出した排ガス中の微粒子量は、内燃機関４００の運転状態（燃焼状態など）の分析作業やフィルタ装置４１０の状態判定（劣化判定、異常判定など）などに用いることができる。

車両制御部４２０は、車両５００の各部から入力される信号に応じて、内燃機関４００の燃焼状態や、燃料配管４０５を介して燃料供給部４３０から内燃機関４００に供給される燃料の供給量などを制御する。微粒子測定装置３００と車両制御部４２０は、それぞれ電源部４４０に電気的に接続されており、電源部４４０から電力が供給される。

図１（ｂ）に示すように、微粒子センサ１００は、円筒形状の先端部１００ｅを備えており、この先端部１００ｅが排ガス配管４０２の内側に挿入された状態で、排ガス配管４０２の外表面に固定されている。ここでは、微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、排ガス配管４０２の延伸方向ＤＬに対してほぼ垂直に挿入されている。先端部１００ｅのケーシングＣＳの表面には、排ガスをケーシングＣＳの内部に取り込むための流入孔４５と、取り込んだ排ガスをケーシングＣＳの外部に排出するための排出孔３５と、が設けられている。排ガス配管４０２の内部を流通する排ガスの一部は、流入孔４５を介して先端部１００ｅのケーシングＣＳの内部に取り込まれる。取り込まれた排ガス中に含まれる微粒子は、微粒子センサ１００が生成するイオン（ここでは、陽イオン）によって帯電する。帯電した微粒子を含む排ガスは、排出孔３５を介してケーシングＣＳの外部に排出される。ケーシングＣＳの内部の構成や、微粒子センサ１００の具体的な構成については後述する。

なお、本実施形態では、微粒子センサ１００の長手方向における端部のうち、流入孔４５が備えられる端部を先端側とし、その反対側を基端側（または後端側）とする。
微粒子センサ１００の後端部１００ｒには、コロナケーブル２０１、補助ケーブル２１１、空気供給管２２４が取り付けられている。コロナケーブル２０１、補助ケーブル２１１、空気供給管２２４は、それぞれ可撓性の部材によって構成されている。コロナケーブル２０１および補助ケーブル２１１は、微粒子測定装置３００の電気回路部７００に電気的に接続され、空気供給管２２４は、微粒子測定装置３００の空気供給部８００に接続されている。

微粒子測定装置３００は、制御部６００と、電気回路部７００と、空気供給部８００と、筐体９１０と、報知部９２０と、操作入力部９３０と、を備えている。
筐体９１０は、箱状に形成されており、制御部６００と、電気回路部７００と、空気供給部８００と、報知部９２０と、操作入力部９３０を収容する。なお、この筐体９１０は、使用者が持ち運び可能に構成されており、使用者が微粒子センサ１００を取り付けたい車両に持ち運び、当該車両に載置して使用できるよう構成されている。

報知部９２０は、筐体９１０に設置された表示装置を備え、制御部６００からの指令に基づいて表示装置の表示画面に各種情報（画像、文字列、数式など）を表示する。
操作入力部９３０は、筐体９１０に設置されたスイッチ、タッチパネル、音声入力装置などを備えており、使用者がこれらを介して行った入力操作を特定するための入力操作情報を制御部６００に対して出力する。

制御部６００は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）を含んで構成されており、操作入力部９３０、電気回路部７００および操作入力部９３０からの入力情報に基づいて各種処理を実行し、電気回路部７００、空気供給部８００および報知部９２０を制御する。また、制御部６００は、電気回路部７００から入力される信号に基づいて、排ガス中の微粒子の量を検出（測定）する。

電気回路部７００は、コロナケーブル２０１および補助ケーブル２１１を介して、微粒子センサ１００を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部７００は、コロナケーブル２０１および補助ケーブル２１１のうち少なくとも一方を介して微粒子センサ１００から排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号が入力される。電気回路部７００は、微粒子センサ１００から入力される信号を用いて、排ガス中の微粒子量に応じた信号を制御部６００に出力する。これらの信号の具体的な内容については後述する。

空気供給部８００は、ポンプ（図示しない）を含んで構成されており、制御部６００からの指示に基づいて、空気供給管２２４を介して、高圧空気を微粒子センサ１００に供給する。空気供給部８００から供給される高圧空気は、微粒子センサ１００の駆動に用いられる。なお、空気供給部８００が供給するガスの種類は空気以外であってもよい。

［１−２．微粒子センサ］
図２は、微粒子センサ１００の先端部１００ｅの概略構成を模式的に示した説明図である。

微粒子センサ１００の先端部１００ｅは、イオン発生部１１０と、排ガス帯電部１２０と、イオン捕捉部１３０と、を備えている。ケーシングＣＳは、イオン発生部１１０、排ガス帯電部１２０、および、イオン捕捉部１３０の３つの機構部が、この順に先端部１００ｅの基端側（図２の上方）から先端側（図２の下方）に向かって（微粒子センサ１００の軸線方向に沿って）並んだ構成を有している。ケーシングＣＳは、導電性材料（例えば、ステンレスなど）によって形成され、コロナケーブル２０１（詳細には、後述するコロナ内側導体２０４）および補助ケーブル２１１（詳細には、後述する補助内側導体２１４）のうち少なくとも一方を介して二次側グランドＳＧＬ（図３における二次側の回路の基準電位を示すグランド（接地配線））に接続されている。

イオン発生部１１０は、排ガス帯電部１２０に供給するイオン（ここでは陽イオン）を発生するための機構部であり、イオン発生室１１１と、第１電極１１２と、を含んで構成されている。イオン発生室１１１は、ケーシングＣＳの内側に形成された小空間であり、内周面には空気供給孔５５とノズル４１とが設けられ、内部には第１電極１１２が突出した状態で取り付けられている。空気供給孔５５は、空気供給管２２４（図１）と連通しており、空気供給部８００（図１）から供給される高圧空気をイオン発生室１１１に供給する。ノズル４１は、イオン発生部１１０と排ガス帯電部１２０との間を区画する隔壁４２の中心部付近に設けられた微小孔（オリフィス）であり、イオン発生室１１１で発生したイオンを排ガス帯電部１２０の帯電室１２１に供給する。第１電極１１２は、棒状の外形を備え、先端部が隔壁４２と近接するようにして基端部がセラミックパイプ２５を介してケーシングＣＳに固定されている。第１電極１１２は、コロナケーブル２０１（詳細には、後述するコロナ芯線２０２）を介して電気回路部７００（図１）に接続されている。

イオン発生部１１０は、電気回路部７００から供給される電力により、第１電極１１２を陽極とし、隔壁４２を陰極として、電圧（例えば、２〜３ｋＶ）が印加されるよう構成されている。イオン発生部１１０は、この電圧の印加によって、第１電極１１２の先端部と、隔壁４２との間にコロナ放電を生じさせることによって、陽イオンＰＩを発生する。イオン発生部１１０において発生した陽イオンＰＩは、空気供給部８００（図１）から供給される高圧空気とともに、ノズル４１を介して排ガス帯電部１２０の帯電室１２１に噴射される。ノズル４１から噴射される空気の噴射速度は音速程度としてもよい。

排ガス帯電部１２０は、排ガスに含まれる微粒子を陽イオンＰＩによって帯電させるための部位であり、帯電室１２１を備えている。帯電室１２１は、イオン発生室１１１と隣接する小空間であり、ノズル４１を介してイオン発生室１１１と連通している。また、帯電室１２１は、流入孔４５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通し、ガス流路３１を介してイオン捕捉部１３０の捕捉室１３１と連通している。帯電室１２１は、ノズル４１から陽イオンＰＩを含む空気が噴射されたときに内部が負圧になり、流入孔４５を介してケーシングＣＳの外部の排ガスが流入するように構成されている。そのため、ノズル４１から噴射された陽イオンＰＩを含む空気と、流入孔４５から流入した排ガスとは、帯電室１２１の内部において混合される。このとき、流入孔４５から流入した排ガスに含まれる煤Ｓ（微粒子）の少なくとも一部に、ノズル４１から供給される陽イオンＰＩが帯電することで、帯電微粒子が生成される。帯電した煤Ｓ（帯電微粒子）と帯電に供されなかった陽イオンＰＩとを含む空気は、ガス流路３１を介してイオン捕捉部１３０の捕捉室１３１に供給される。

イオン捕捉部１３０は、煤Ｓ（微粒子）の帯電に使用されなかったイオンを捕捉するための部位であり、捕捉室１３１と、第２電極１３２と、を含んで構成されている。捕捉室１３１は、帯電室１２１と隣接する小空間であり、ガス流路３１を介して帯電室１２１と連通している。また、捕捉室１３１は、排出孔３５を介して、ケーシングＣＳの外部と連通している。第２電極１３２は、略棒状の外形を備え、長手方向がガス流路３１を流通する空気の流通方向（ケーシングＣＳの延伸方向）に沿うようにしてケーシングＣＳに固定されている。第２電極１３２は、補助ケーブル２１１（詳細には、後述する補助芯線２１２）を介して電気回路部７００（図１）に接続されている。第２電極１３２は、ケーシングＣＳとは電気的に絶縁されている。

第２電極１３２は、１００Ｖ程度の電圧が印加されており、煤Ｓの帯電に供されなかった陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能する。具体的には、イオン捕捉部１３０は、電気回路部７００から供給される電力によって、第２電極１３２を陽極とし、帯電室１２１及び捕捉室１３１を構成するケーシングＣＳを陰極とした電圧が印加されている。これにより、煤Ｓの帯電に用いられなかった陽イオンＰＩは、第２電極１３２から斥力を受けて、その移動方向が第２電極１３２から離れる方向へと反らされる。移動方向が反らされた陽イオンＰＩは、陰極として機能する捕捉室１３１やガス流路３１の内周壁に捕捉される。一方、陽イオンＰＩが帯電された煤Ｓ（帯電微粒子）は、陽イオンＰＩの単体と同様に第２電極１３２から斥力を受けるが、質量が陽イオンＰＩと比較して大きいため、斥力によってその進行方向に与えられる影響が、単体の陽イオンＰＩに比較して小さい。そのため、帯電した煤Ｓ（帯電微粒子）は、排ガスの流れに従って、排出孔３５からケーシングＣＳの外部へと排出される。

なお、微粒子センサ１００から出力される信号から排ガス中に含まれる煤Ｓの量を算出する方法については後述する。
図３は、微粒子センサ１００と電気回路部７００との電気的な概略構成を示した説明図である。

微粒子センサ１００は、ケーシングＣＳと電気的に絶縁された状態でケーシングＣＳを支持する導電性材料（例えば、ステンレスなど）で形成された支持金具１４０を備える。
支持金具１４０は、排ガス配管４０２（図１（ｂ）参照）に固定するための固定部（例えば、ネジ溝など）を備えて構成されている。支持金具１４０は、排ガス配管４０２に固定されることで、排ガス配管４０２と電気的に接続されるとともに一次側グランドＰＧＬ（一次側の回路の基準電位を示すグランド（接地配線））に接続される。

コロナケーブル２０１は、いわゆるトライアキシャルケーブルを用いて構成されており、コロナ芯線２０２と、コロナ外側導体２０３と、コロナ内側導体２０４と、コロナケーブルコネクタ２０５と、を備える。

コロナ芯線２０２は、導電性材料（例えば、銅など）で構成された中心導体として備えられる。コロナ芯線２０２は、微粒子センサ１００の第１電極１１２と電気的に接続される。コロナ内側導体２０４は、コロナ芯線２０２と電気的に絶縁された状態でその径方向外側に位置する筒状の編組であり、導電性材量（例えば、銅など）の細線を編んだ編組で構成されている。コロナ内側導体２０４は、微粒子センサ１００のケーシングＣＳと電気的に接続される。コロナ外側導体２０３は、コロナ内側導体２０４と電気的に絶縁された状態でその径方向外側に位置する筒状の編組であり、導電性材量（例えば、銅など）の細線を編んだ編組で構成されている。コロナ外側導体２０３は、微粒子センサ１００の支持金具１４０と電気的に接続される。コロナケーブルコネクタ２０５は、コロナ芯線２０２、コロナ外側導体２０３、コロナ内側導体２０４のそれぞれの端部に備えられる。

補助ケーブル２１１は、いわゆるトライアキシャルケーブルを用いて構成されており、補助芯線２１２と、補助外側導体２１３と、補助内側導体２１４と、補助ケーブルコネクタ２１５と、を備える。

補助芯線２１２は、導電性材料（例えば、銅など）で構成された中心導体として備えられる。補助芯線２１２は、微粒子センサ１００の第２電極１３２と電気的に接続される。補助内側導体２１４は、補助芯線２１２と電気的に絶縁された状態でその径方向外側に位置する筒状の編組であり、導電性材量（例えば、銅など）の細線を編んだ編組で構成されている。補助内側導体２１４は、微粒子センサ１００のケーシングＣＳと電気的に接続される。補助外側導体２１３は、補助内側導体２１４と電気的に絶縁された状態でその径方向外側に位置する筒状の編組であり、導電性材量（例えば、銅など）の細線を編んだ編組で構成されている。補助外側導体２１３は、微粒子センサ１００の支持金具１４０と電気的に接続される。補助ケーブルコネクタ２１５は、補助芯線２１２、補助外側導体２１３、補助内側導体２１４のそれぞれの端部に備えられる。

［１−３．電気回路部］
図３に示すように、電気回路部７００は、電源回路７１０と、絶縁トランス７２０と、コロナ電流測定回路７３０と、イオン電流測定回路７４０と、第１整流回路７５１と、第２整流回路７５２と、を備えている。

また、電気回路部７００は、コロナ電流経路２３１と、第１基準経路２３２と、第１イオン電流経路２３３と、コロナコネクタ２３４と、補助電流経路２３５と、第２基準経路２３６と、第２イオン電流経路２３７と、補助コネクタ２３８と、を備える。

コロナ電流経路２３１は、コロナコネクタ２３４から第１整流回路７５１にかけて配置される電流経路である。コロナ電流経路２３１には、ショート保護用抵抗７５３が備えられる。第１基準経路２３２は、コロナコネクタ２３４から一次側グランドＰＧＬにかけて配置される電流経路である。第１イオン電流経路２３３は、コロナコネクタ２３４から二次側グランドＳＧＬにかけて配置される電流経路である。コロナコネクタ２３４は、コロナケーブルコネクタ２０５と接続可能に構成されている。

コロナケーブルコネクタ２０５とコロナコネクタ２３４とが互いに接続されると、コロナ芯線２０２がコロナ電流経路２３１と電気的に接続され、コロナ外側導体２０３が第１基準経路２３２と電気的に接続され、コロナ内側導体２０４が第１イオン電流経路２３３と電気的に接続される。

補助電流経路２３５は、補助コネクタ２３８から第２整流回路７５２にかけて配置される電流経路であり、補助電極電流Ｉirが流れる。補助電流経路２３５には、ショート保護用抵抗７５４が備えられる。第２基準経路２３６は、補助コネクタ２３８から第１基準経路２３２の接続点２３２ａにかけて配置される電流経路であり、第１基準経路２３２を介して一次側グランドＰＧＬに電気的に接続される。第２イオン電流経路２３７は、補助コネクタ２３８から第１イオン電流経路２３３の接続点２３３ａにかけて配置される電流経路であり、第１イオン電流経路２３３を介して二次側グランドＳＧＬに電気的に接続される。補助コネクタ２３８は、補助ケーブルコネクタ２１５と接続可能に構成されている。

補助ケーブルコネクタ２１５と補助コネクタ２３８とが互いに接続されると、補助芯線２１２が補助電流経路２３５と電気的に接続され、補助外側導体２１３が第２基準経路２３６と電気的に接続され、補助内側導体２１４が第２イオン電流経路２３７と電気的に接続される。

電源回路７１０は、第１電源回路７１０ａと、第２電源回路７１０ｂと、を備える。絶縁トランス７２０は、第１絶縁トランス７２０ａと、第２絶縁トランス７２０ｂと、を備える。

第１電源回路７１０ａは、電源部４４０から供給される電力を第１絶縁トランス７２０ａに供給するとともに、第１絶縁トランス７２０ａを駆動させる。第１電源回路７１０ａは、第１放電電圧制御回路７１１ａと、第１トランス駆動回路７１２ａと、を備えている。第１放電電圧制御回路７１１ａは、制御部６００による制御によって、第１絶縁トランス７２０ａに供給される電力の電圧値を任意に変更可能に構成されている。ここでは、制御部６００は、コロナケーブル２０１（詳細には、コロナ芯線２０２）を介して微粒子センサ１００の第１電極１１２に供給される入力電流Ｉinの電流値が予め設定された目標電流値Ｉta（例えば、５μＡ）となるように第１絶縁トランス７２０ａに供給される電力の電圧値を制御する。制御部６００によるこの制御の方法については後述する。これにより、イオン発生部１１０において、コロナ放電によって発生する陽イオンＰＩの発生量を一定にすることができる。

第１トランス駆動回路７１２ａは、第１絶縁トランス７２０ａの一次側コイルに流れる電流の方向を切り換え可能なスイッチを含んで構成されており、このスイッチの切り換えによって第１絶縁トランス７２０ａを駆動させる。本実施形態では、第１絶縁トランス７２０ａの回路方式は、プッシュプルとして構成されているが、第１絶縁トランス７２０ａの回路方式は、これに限定されず、例えば、ハーフブリッジやフルブリッジなどであってもよい。

第１絶縁トランス７２０ａは、第１電源回路７１０ａから供給される電力に対して電圧変換をおこない、電圧変換後の電力を二次側の第１整流回路７５１に供給する。本実施形態の第１絶縁トランス７２０ａは、一次側コイルと二次側コイルとが物理的に接触しておらず、磁気によって結合するように構成されている。第１絶縁トランス７２０ａの一次側の回路としては、第１電源回路７１０ａのほか、制御部６００や電源部４４０が含まれる。第１絶縁トランス７２０ａの二次側の回路としては、微粒子センサ１００や第１整流回路７５１が含まれる。

第２電源回路７１０ｂは、電源部４４０から供給される電力を第２絶縁トランス７２０ｂに供給するとともに、第２絶縁トランス７２０ｂを駆動させる。第２電源回路７１０ｂは、第２放電電圧制御回路７１１ｂと、第２トランス駆動回路７１２ｂと、を備えている。第２放電電圧制御回路７１１ｂは、制御部６００による制御によって、第２絶縁トランス７２０ｂに供給される電力の電圧値を任意に変更可能に構成されている。ここでは、制御部６００は、補助ケーブル２１１（詳細には、補助芯線２１２）を介して微粒子センサ１００の第２電極１３２に印加される電圧が予め定められた目標電圧値（例えば、１００Ｖ）となるように、第２絶縁トランス７２０ｂに供給される電力の電圧値を制御する。

第２トランス駆動回路７１２ｂは、第２絶縁トランス７２０ｂの一次側コイルに流れる電流の方向を切り換え可能なスイッチを含んで構成されており、このスイッチの切り換えによって第２絶縁トランス７２０ｂを駆動させる。本実施形態では、第２絶縁トランス７２０ｂの回路方式は、プッシュプルとして構成されているが、第２絶縁トランス７２０ｂの回路方式は、これに限定されず、例えば、ハーフブリッジやフルブリッジなどであってもよい。

第２絶縁トランス７２０ｂは、第２電源回路７１０ｂから供給される電力に対して電圧変換をおこない、電圧変換後の電力を二次側の第２整流回路７５２に供給する。本実施形態の第２絶縁トランス７２０ｂは、一次側コイルと二次側コイルとが物理的に接触しておらず、磁気によって結合するように構成されている。第２絶縁トランス７２０ｂの一次側の回路としては、第２電源回路７１０ｂのほか、制御部６００や電源部４４０が含まれる。第２絶縁トランス７２０ｂの二次側の回路としては、微粒子センサ１００や第２整流回路７５２が含まれる。

コロナ電流測定回路７３０、イオン電流測定回路７４０は、絶縁トランス７２０（第１絶縁トランス７２０ａ，第２絶縁トランス７２０ｂ）の一次側の回路と二次側の回路との間に跨がる回路であり、両方の回路にそれぞれ電気的に接続されている。コロナ電流測定回路７３０は、後述するように、絶縁トランス７２０（第１絶縁トランス７２０ａ，第２絶縁トランス７２０ｂ）の一次側の回路に電気的に接続される回路部分と、二次側の回路に電気的に接続されている回路部分との間が物理的に絶縁されている。なお、上述のように、一次側の回路の基準電位を示すグランド（接地配線）を「一次側グランドＰＧＬ」とも呼び、二次側の回路の基準電位を示すグランドを「二次側グランドＳＧＬ」とも呼ぶ。

絶縁トランス７２０（第１絶縁トランス７２０ａ，第２絶縁トランス７２０ｂ）は、一次側コイルの端部が一次側グランドＰＧＬに接続され、二次側コイルの端部が二次側グランドＳＧＬに接続されている。コロナケーブル２０１のコロナ内側導体２０４および補助ケーブル２１１の補助内側導体２１４は、それぞれ、一方の端部がケーシングＣＳに接続され、他方の端部が第１イオン電流経路２３３および第２イオン電流経路２３７を介して二次側グランドＳＧＬに接続されている。

第１整流回路７５１は、ショート保護用抵抗７５３を介して第１電極１１２に接続されており、変換した電力をコロナケーブル２０１のコロナ芯線２０２を介して第１電極１１２に供給する。すなわち、第１整流回路７５１から供給される電圧は、ほぼ第１電極１１２における放電電圧となり、第１整流回路７５１から供給される電流は、第１電極１１２に入力される入力電流Ｉinとなる。第２整流回路７５２は、ショート保護用抵抗７５４を介して第２電極１３２に接続されており、変換した電圧を補助ケーブル２１１の補助芯線２１２を介して第２電極１３２に印加する。

イオン電流測定回路７４０は、イオン捕捉部１３０において捕捉されずに流出した陽イオンＰＩに相当する電流（Ｉesc）の電流値を検出するとともに、流出した陽イオンＰＩに相当する電流（補償電流Ｉc）を二次側の回路に供給する。つまり、イオン電流測定回路７４０は、微粒子センサ１００（ケーシングＣＳ）から外部に排出された帯電した煤Ｓ（帯電微粒子）の量に応じた電流を補償電流Ｉcとして二次側の回路に供給する。このイオン電流測定回路７４０は、配線７７１を介して二次側の第１イオン電流経路２３３（詳細には、接続点２３３ａとシャント抵抗２３０との間）に接続されるとともに、配線７７２および配線７７３を介して一次側の制御部６００に接続される。また、イオン電流測定回路７４０は、配線７７５を介して一次側グランドＰＧＬに接続されている。イオン電流測定回路７４０は、配線７７２を介して、イオン捕捉部１３０において捕捉されずに流出した陽イオンＰＩの量に相当する電流値を示す信号ＳＷescを制御部６００に出力する。また、イオン電流測定回路７４０は、配線７７３を介して、信号ＳＷescを増幅させた高感度信号としての信号ＳＳescを制御部６００に出力する。

コロナ電流測定回路７３０は、配線７６１、７６２を介して第１イオン電流経路２３３に接続され、配線７６３を介して制御部６００に接続されている。配線７６１と配線７６２は、第１イオン電流経路２３３に設けられたシャント抵抗２３０を間に挟んでそれぞれ第１イオン電流経路２３３に接続されている。コロナ電流測定回路７３０は、第１イオン電流経路２３３をケーシングＣＳから二次側グランドＳＧＬに向けて流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）の電流値を示す信号Ｓdc+trp+cを制御部６００に出力する。ここで「電流値を示す信号」とは、電流値を直接的に示す信号に限定されず、電流値を間接的に示す信号も該当する。例えば、信号から得られる情報に演算式やマップを適用することによって電流値を特定できる信号も「電流値を示す信号」に含まれる。なお、イオン電流測定回路７４０から供給（補充）される補償電流Ｉcは、微粒子センサ１００（ケーシングＣＳ）から排出された陽イオンＰＩ（帯電微粒子）に相当する電流に相当するため、この補償電流Ｉcを加えた形でケーシングＣＳから二次側グランドＳＧＬに流れる二次側電流の電流値、即ちシャント抵抗２３０に流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）の電流値は、入力電流Ｉinの電流値と等しくなる。

制御部６００は、コロナ電流測定回路７３０から入力される信号Ｓdc+trp+cを用いて、入力電流Ｉinの電流値が目標電流値Ｉtaとなるように、第１放電電圧制御回路７１１ａを制御する。すなわち、コロナ電流測定回路７３０と制御部６００は、コロナ電流（＝入力電流Ｉin）の電流値を一定にするための定電流回路を構成する。コロナ電流の電流値は、イオン発生部１１０における陽イオンＰＩの発生量と相関するため、この定電流回路によってイオン発生部１１０における陽イオンＰＩの発生量が一定に保たれる。

イオン捕捉部１３０で捕捉されずに流出した陽イオンＰＩに相当する電流の電流値を、イオン電流測定回路７４０で検出する方法について説明する。
ここでは、コロナケーブル２０１のコロナ芯線２０２から第１電極１１２に供給される電流を「入力電流Ｉin」と呼ぶほか、コロナ放電により、第１電極１１２から隔壁４２を介してケーシングＣＳに流れる電流を「放電電流Ｉdc」と呼び、コロナ放電により発生した陽イオンＰＩのうち、煤Ｓの帯電に用いられ、ケーシングＣＳの外部へと漏洩する陽イオンＰＩの電荷に相当する電流を「信号電流Ｉesc」と呼び、ケーシングＣＳに捕捉された陽イオンＰＩの電荷に相当する電流を「捕捉電流Ｉtrp」と呼ぶ。これらの４つの電流は、下記の［数１］に示す式（１）の関係が成り立つ。

ここで、信号電流Ｉescは、イオン電流測定回路７４０が出力する電流（流出した陽イオンＰＩに相当する電流（補償電流Ｉc））に相当する電流値を示す信号である。そこで、イオン電流測定回路７４０が、この補償電流Ｉcを検出することで、イオン捕捉部１３０において捕捉されずに流出した陽イオンＰＩに相当する電流（Ｉesc）の電流値を検出することができる。

なお、補償電流Ｉcは、一次側グランドＰＧＬと二次側グランドＳＧＬとの差分値を示す信号でもある。また、補償電流Ｉcは、信号電流Ｉescと同等の電流値を示す電流であり、［数１］を踏まえると、イオン発生部１１０で発生するイオンの量に相当する電流（＝Ｉin−Ｉdc）からイオン捕捉部１３０で捕捉されたイオンの量に相当する電流（＝Ｉtrp）を差し引いた差分値（＝Ｉin−Ｉdc−Ｉtrp）に相当する電流値となる。つまり、補償電流Ｉcは、イオン電力によりイオン発生部１１０で発生するイオンの量からイオン捕捉部１３０で捕捉されたイオンの量を差し引いた差分値と相関関係を有する状態量である。

［１−４．イオン電流測定回路］
図４は、イオン電流測定回路７４０の概略構成を例示した説明図である。
イオン電流測定回路７４０は、第１オペアンプＡＭＰ１と、第２オペアンプＡＭＰ２と、第３オペアンプＡＭＰ３と、抵抗値が既知の抵抗ＲＥ１〜ＲＥ５と、を含んで構成されている。

第１オペアンプＡＭＰ１の一方の入力端子は、配線７７１および第１イオン電流経路２３３（シャント抵抗２３０を含む）を介して二次側グランドＳＧＬに接続されており、他方の入力端子は、配線７７５を介して一次側グランドＰＧＬに接続されている。第１オペアンプＡＭＰ１の出力端子は、配線７７２を介して制御部６００に接続されている。なお、第１オペアンプＡＭＰ１の他方の入力端子には、一次側グランドＰＧＬに対して一定の基準電圧（例えば、０．５Ｖ）を与える電源Ｖｒｅｆが接続されている。第１オペアンプＡＭＰ１に基準電圧を入力することで、第１オペアンプＡＭＰ１の２つの入力端子間の電位差を、誤差（バイアス電流やオフセット電圧等による誤差）の生じにくい電位差範囲に近づけることができる。また、第１オペアンプＡＭＰ１の出力端子は、配線７７２の一部と配線ＬＩ１を介して第２オペアンプＡＭＰ２の一方の入力端子に接続され、配線７７２の一部と配線ＬＩ２を介して配線７７１に接続されている。配線ＬＩ１には、抵抗ＲＥ１が設けられ、配線ＬＩ２には、抵抗ＲＥ２が設けられている。

第２オペアンプＡＭＰ２の一方の入力端子は、配線ＬＩ１の一部と配線７７２を介して第１オペアンプＡＭＰ１に接続され、他方の入力端子は、配線ＬＩ３と配線７７５を介して一次側グランドＰＧＬに接続されている。配線ＬＩ３には、抵抗ＲＥ３と第３オペアンプＡＭＰ３とが設けられており、抵抗ＲＥ３と第３オペアンプＡＭＰ３との間には、配線ＬＩ４が接続されている。配線ＬＩ３は、抵抗ＲＥ４が設けられた配線ＬＩ４を介して配線ＬＩ１に接続されている。第３オペアンプＡＭＰ３は、出力側の電流変化による電圧変化を抑えるためのボルテージフォロアとして構成されている。第２オペアンプＡＭＰ２の出力端子は、配線７７３を介して制御部６００に接続されるとともに、配線７７３と配線ＬＩ５を介して配線ＬＩ３に接続されている。配線ＬＩ５には、抵抗ＲＥ５が設けられている。

信号電流Ｉescの発生により、二次側グランドＳＧＬの基準電位と一次側グランドＰＧＬの基準電位との間に差異が生じると第１オペアンプＡＭＰ１は、この差異に応じた電圧を出力する。第１オペアンプＡＭＰ１が出力する電圧は、信号電流Ｉescの電流値に相関するため、この電圧値は、信号電流Ｉescの電流値を示す信号ＳＷescとして、配線７７２を介して制御部６００に出力される。

また、第１オペアンプＡＭＰ１が出力する電圧は、配線ＬＩ２から抵抗ＲＥ２を介することによって、補償電流Ｉcとして配線７７１に供給される。この補償電流Ｉcは、上述したように信号電流Ｉescと電流値が等しく、二次側の回路を構成する配線７７１に供給されることで、二次側グランドＳＧＬの基準電位と一次側グランドＰＧＬの基準電位との間の差異を補償する。

第２オペアンプＡＭＰ２は、第１オペアンプＡＭＰ１から入力される信号ＳＷescを増幅させた信号ＳＳescを制御部６００に出力する。第２オペアンプＡＭＰ２は、差動増幅回路として構成されており、一方の入力端子から入力される信号ＳＷescとしての電圧と、他方の入力端子から入力される一次側グランドＰＧＬの基準電位との差分に応じた電圧を出力する。すなわち、第２オペアンプＡＭＰ２は、入力された信号ＳＷescの電圧値に対して所定の増幅率（例えば、１０３倍）で増幅させた電圧を信号ＳＳescとして制御部６００に出力する。

制御部６００は、イオン電流測定回路７４０から入力される低感度信号としての信号ＳＷescと、高感度信号としての信号ＳＳescと、を用いて排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する。信号電流Ｉescの電流値を示すこれらの信号を用いて排ガス中に含まれる煤Ｓの量を検出する方法については、特に限定されない。例えば、制御部６００は、信号の電圧値と排ガス中の煤Ｓの量との対応関係が示されているマップや、信号の電圧値と排ガス中の煤Ｓの量との関係式を記憶していれば、これらを用いることによって、排ガス中に含まれる煤Ｓの量を算出することができる。

本実施形態の制御部６００は、信号ＳＷescおよび信号ＳＳescとして入力されるアナログ信号としての電圧値を所定の分解能（例えば、８ビット）によってデジタル値として取得する。また、制御部６００は、入力される信号ＳＳescと信号ＳＷescのいずれにおいても電圧値の読み取り可能な範囲（フルスケールの範囲）が同じ大きさとなるように構成されている。

高感度信号としての信号ＳＳescは、低感度信号としての信号ＳＷescに比べて、信号電流Ｉescの電流値に対する感度（分解能）が高い。例えば、信号ＳＷescの１Ｖが信号電流Ｉescの１ｎＡに相当するのに対して、信号ＳＳescの１Ｖは信号電流Ｉescの１ｐＡに相当する。一方、制御部６００における信号ＳＳesc，ＳＷescの電圧の分解能（最小識別可能電位差）は等しい（例えば、０．０２Ｖ）。従って、制御部６００の電圧分解能に相当する信号電流Ｉescの電流値は、信号ＳＳescでは小さく（例えば、０．０２ｐＡ）、信号ＳＷescでは大きい（例えば、０．０２ｎＡ）。換言すれば、制御部６００は、信号ＳＳescから、信号ＳＷescに比べて、信号電流Ｉescのより小さな変動を検出することが可能である。

よって、信号ＳＳescを用いて取得できる排ガス中の煤Ｓの量は、信号ＳＷescを用いて取得できる排ガス中の煤Ｓの量よりも最小識別可能単位が小さく精度が高い。一方、制御部６００の読み取り可能な電圧範囲（例えば、０〜５Ｖ）は、信号ＳＷescの電圧範囲の全体が含まれるように設定されている。そのため、信号ＳＷescを用いて測定可能な排ガス中の煤Ｓの量の範囲は、信号ＳＳescを用いて測定可能な排ガス中の煤Ｓの量の範囲よりも広く、排ガス中の煤Ｓの量が、信号ＳＷescの全電圧範囲に相当する範囲内であれば、その全範囲において煤Ｓの量を測定することができる。

このことから、制御部６００は、信号ＳＳescの電圧値が読み取り可能範囲にある場合には、信号ＳＳescを用いて排ガス中の煤Ｓの量を精度良く測定し、信号ＳＳescの電圧値が読み取り可能範囲にない場合には、広い範囲で測定可能な信号ＳＷescを用いて排ガス中の煤Ｓの量を測定することができる。

［１−５．コロナ電流測定回路］
図５は、コロナ電流測定回路７３０の概略構成を例示した説明図である。
コロナ電流測定回路７３０は、入力側と出力側との間が絶縁されたいわゆる光結合式のアイソレーションアンプとして構成されている。コロナ電流測定回路７３０の入力側は電気回路部７００（図３）の二次側に属し、出力側は電気回路部７００の一次側に属している。コロナ電流測定回路７３０は、二次側オペアンプ７３１と、Ａ／Ｄコンバータ７３２と、発光部７３３と、受光部７３４と、一次側オペアンプ７３５と、Ｄ／Ａコンバータ７３６と、を備えている。

二次側オペアンプ７３１の２つの入力端子は、配線７６１と配線７６２にそれぞれ接続されており、出力端子は、Ａ／Ｄコンバータ７３２に接続されている。二次側オペアンプ７３１は、配線７６１と配線７６２との電位差を増幅してＡ／Ｄコンバータ７３２に出力する。配線７６１と配線７６２との電位差は、抵抗値が既知のシャント抵抗２３０（図３）の両側の電位差であり、第１イオン電流経路２３３（図３）を流れる電流（二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc））の電流値と相関する。すなわち、二次側オペアンプ７３１は、第１イオン電流経路２３３（図３）を流れる電流の電流値を示すアナログの電圧信号を増幅させてＡ／Ｄコンバータ７３２に出力する。

Ａ／Ｄコンバータ７３２は、二次側オペアンプ７３１と発光部７３３に接続されており、二次側オペアンプ７３１から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して発光部７３３に出力する。

発光部７３３は、ＬＥＤを含んで構成されており、Ａ／Ｄコンバータ７３２と二次側グランドＳＧＬに接続されている。発光部７３３は、Ａ／Ｄコンバータ７３２から出力されたデジタルの電圧信号を光信号に変換する。

受光部７３４は、フォトダイオードを含んで構成されており、一次側オペアンプ７３５と一次側グランドＰＧＬに接続されている。受光部７３４は、発光部７３３から出力される光信号を電流信号に変換して一次側オペアンプ７３５に出力する。このように、発光部７３３と受光部７３４との間は、電気的、物理的に絶縁されており、光によって信号の伝達がおこなわれる。

一次側オペアンプ７３５は、受光部７３４とＤ／Ａコンバータ７３６に接続されており、電流−電圧変換回路を含んで構成されている。一次側オペアンプ７３５は、受光部７３４から出力された電流信号を電圧信号に変換してＤ／Ａコンバータ７３６に出力する。Ｄ／Ａコンバータ７３６は、一次側オペアンプ７３５と配線７６３に接続されており、一次側オペアンプ７３５から出力されたデジタル信号をアナログ信号に変換して配線７６３を介して制御部６００（図３）に出力する。コロナ電流測定回路７３０は、上述の構成を備えることによって、一次側と二次側との間の絶縁を保ちつつ、二次側の第１イオン電流経路２３３から入力された信号を一次側の制御部６００に出力することができる。

［１−６．制御部で実行される処理］
制御部６００は、マイクロコンピュータを含んで構成されており、各種処理を実行する。制御部６００は、各種処理として、少なくとも微粒子測定処理および異常判定処理を実行する。

まず、微粒子測定処理について簡単に説明する。
微粒子測定処理は、イオン電流測定回路７４０からの信号ＳＳescおよび信号ＳＷescを用いて煤Ｓの量を演算する処理である。例えば、微粒子測定処理では、まず、イオン電流測定回路７４０から入力される低感度信号ＳＷescと高感度信号ＳＳescとを用いて、信号電流Ｉescに相当するイオン電流Ａを演算（測定）する。そして、微粒子測定処理では、イオン電流Ａと排ガス中の煤Ｓの量との対応関係が示されているマップ、あるいはイオン電流Ａと排ガス中の煤Ｓの量との関係式などを用いて、測定で得られたイオン電流Ａに対応する煤Ｓの量を演算する。なお、マップや計算式などは、制御部６００の記憶部（ＲＡＭなど）に予め記憶してもよい。

制御部６００は、微粒子測定処理で煤Ｓの量を演算した後、演算により得られた煤Ｓの量（微粒子の量）に関する情報を、報知部９２０に対して出力する。報知部９２０は、上述の通り筐体９１０に設置された表示装置を備えており、受信した情報を表示装置に表示する。

次に、異常判定処理について説明する。図６は、異常判定処理の処理内容を表したフローチャートである。異常判定処理は、コロナ芯線２０２が断線異常状態であるか否かを判定する処理である。

コロナ芯線２０２の断線異常状態としては、例えば、コロナ芯線２０２が途中で破断して電気的導通が不可能となる状態、コロナ芯線２０２と第１絶縁トランス７２０ａの二次側コイルとの接続が遮断されて電気的導通が不可能となる状態、コロナ芯線２０２と第１電極１１２との接続が遮断されて電気的導通が不可能となる状態などが挙げられる。

異常判定処理は、制御部６００が起動されると実行される。
異常判定処理が実行されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、断線異常カウンタＣＮＢをリセットする（ＣＮＢ＝０）。

断線異常カウンタＣＮＢは、コロナ芯線２０２の断線異常状態を検出した回数をカウントするためのカウンタである。
次のＳ１２０では、コロナローサイド電流Ｃ１を取得する。コロナローサイド電流Ｃ１とは、ケーシングＣＳから二次側グランドＳＧＬに向けて第１イオン電流経路２３３を流れる電流である。本実施形態では、第１イオン電流経路２３３（詳細には、シャント抵抗２３０）に流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）の電流値を示す信号Ｓdc+trp+cを取得し、その信号Ｓdc+trp+cに基づいて二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）を演算し、演算結果をコロナローサイド電流Ｃ１として取得する。

次のＳ１３０では、コロナローサイド電流Ｃ１が予め定められた電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下であるか否かを判定しており（Ｃ１≦Ｃ１ｍｉｎ）、肯定判定する場合にはＳ１４０に移行し、否定判定する場合にはＳ１５０に移行する。本実施形態では、電流判定値Ｃ１ｍｉｎは、２［μＡ］が設定されている。

なお、コロナ芯線２０２の断線異常状態が発生すると、第１絶縁トランス７２０ａの二次側コイルからイオン発生部１１０への電力供給が適切に行われない。この場合、イオン発生部１１０は適切にイオンを発生できないため、イオン発生室１１１での帯電微粒子の生成が適切に実行できず、イオン捕捉部１３０でのイオンの捕捉も適切に行われない。このため、イオン捕捉部１３０からコロナ内側導体２０４を介して第１イオン電流経路２３３に流れる電流は、電気的接続状態が正常である場合とは異なる異常な挙動を示し、第１イオン電流経路２３３のシャント抵抗２３０に流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）についても電気的接続状態が正常である場合とは異なる異常な挙動を示す。

このため、異常判定処理を実行する制御部６００は、二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）に基づいて、コロナ芯線２０２の断線異常状態を判定できる。
もし、コロナ芯線２０２の断線異常状態が発生した場合、第１絶縁トランス７２０ａの二次側コイルに発生したイオン電力は、二次側コイルからコロナ芯線２０２の断線箇所までの領域には供給可能であるが、コロナ芯線２０２の断線箇所からイオン発生部１１０に至る領域には供給が不可能となる。つまり、コロナ芯線２０２の断線異常状態である場合、イオン発生部１１０ではイオンが発生せず、イオン発生部１１０からイオン捕捉部１３０へのイオンの移動は発生しないため、イオン捕捉部１３０で捕捉されたイオンによる電流が第１イオン電流経路２３３に流れることはない。

このため、二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）であるコロナローサイド電流Ｃ１と電流判定値Ｃ１ｍｉｎとを比較し、コロナローサイド電流Ｃ１が電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下であるか否かを判定することで、コロナ芯線２０２が断線した断線異常状態であるか否かを判定できる。

Ｓ１３０で肯定判定されてＳ１４０に移行すると、Ｓ１４０では、断線異常カウンタＣＮＢを１インクリメント（１加算）する。
Ｓ１３０で否定判定されてＳ１５０に移行すると、Ｓ１５０では、断線異常カウンタＣＮＢをリセットする（ＣＮＢ＝０）。Ｓ１５０の処理が終了すると、再びＳ１２０に移行する。

Ｓ１４０の処理が終了するとＳ１６０に移行し、Ｓ１６０では、断線異常カウンタＣＮＢが予め定められた断線判定閾値Ｃｔｈ（例えば、Ｃｔｈ＝１０００［回］）以上であるか否かを判定しており、肯定判定する場合にはＳ１７０に移行し、否定判定する場合にはＳ１２０に移行する。

Ｓ１６０で肯定判定されてＳ１７０に移行すると、Ｓ１７０では、微粒子センサ１００においてコロナ芯線２０２の断線異常が発生したと判定し、その異常状態を通知（報知）する処理を実行する。Ｓ１７０では、通知処理（報知処理）として、コロナ芯線２０２の断線異常を示す異常報知画像を報知部９２０に表示する処理を実行する。

異常判定処理は、Ｓ１６０で肯定判定されるまで、上記のＳ１２０からＳ１６０までの各処理を繰り返し実行する。
なお、異常判定処理においては、Ｓ１６０が一度実行されてから再びＳ１６０が実行されるまでの期間（換言すれば、Ｓ１６０の実行周期）は１０［ｍＳｅｃ］に設定されており、Ｓ１６０では、コロナ芯線２０２の断線異常が１０［ｓｅｃ］（＝１０［ｍＳｅｃ］×Ｃｔｈ（＝１０００［回］））以上継続しているか否かを判定している。

つまり、異常判定処理では、コロナ芯線２０２の断線異常が１０［ｓｅｃ］以上継続していると判定すると（Ｓ１６０で肯定判定）、断線異常が発生したと判定し、その異常状態を通知（報知）する処理を実行する（Ｓ１７０）。

［１−７．効果］
以上説明したように、本実施形態の微粒子測定システム１０における微粒子測定装置３００は、制御部６００において異常判定処理を実行する。

この微粒子測定装置３００では、コロナケーブル２０１（詳細には、コロナ芯線２０２）またはイオン発生部１１０（詳細には、第１電極１１２）などでの電気的接続状態の異常が発生すると、第１絶縁トランス７２０ａ（詳細には、二次側コイル）からイオン発生部１１０（第１電極１１２）への電力供給が適切に行われない。なお、ここでの電気的接続状態の異常としては、例えば、コロナ芯線２０２の断線異常が挙げられる。

この場合、イオン発生部１１０は適切にイオンを発生できないため、帯電室１２１での帯電微粒子の生成が適切に実行できず、イオン捕捉部１３０でのイオンの捕捉も適切に行われない。このため、イオン捕捉部１３０からコロナ内側導体２０４を介して第１イオン電流経路２３３に流れる電流は、電気的接続状態が正常である場合とは異なる異常な挙動を示す。これにより、第１イオン電流経路２３３のうち補償電流Ｉcが供給される箇所２３３ｂと二次側グランドＳＧＬとの間に流れる二次側電流（換言すれば、シャント抵抗２３０に流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc））についても電気的接続状態が正常である場合とは異なる異常な挙動を示す。

このため、制御部６００は、二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）であるコロナローサイド電流Ｃ１に基づいて、コロナ芯線２０２が断線した断線異常状態であるか否かを判定できる。

よって、微粒子測定装置３００によれば、コロナケーブル２０１またはイオン発生部１１０における電圧を直接検出することなく、コロナケーブル２０１またはイオン発生部１１０などでの電気的接続状態の異常（断線異常）を判定できる。

具体的には、制御部６００は、コロナローサイド電流Ｃ１が電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下であるか否かを判定し、判定結果に基づいてコロナ芯線２０２が断線した断線異常状態であるか否かを判定する。

上述の通り、コロナ芯線２０２の断線異常状態である場合、イオン電流測定回路７４０は第１イオン電流経路２３３に対して補償電流Ｉcを供給しない状態となり、第１イオン電流経路２３３のシャント抵抗２３０に流れる二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）が低下していく。

このため、二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc）であるコロナローサイド電流Ｃ１と電流判定値Ｃ１ｍｉｎとを比較し、コロナローサイド電流Ｃ１が電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下であるか否かを判定することで、コロナ芯線２０２が断線した断線異常状態であるか否かを判定できる。

そして、制御部６００は、異常判定処理（Ｓ１３０）において、コロナローサイド電流Ｃ１が電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下であるか否かを判定し、コロナローサイド電流Ｃ１が電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下である場合には、コロナ芯線２０２が断線した断線異常状態であると仮判定して、断線異常カウンタＣＮＢをインクリメントする（Ｓ１４０）。

また、制御部６００は、断線異常カウンタＣＮＢが断線判定閾値Ｃｔｈ以上となる場合（Ｓ１６０で肯定判定）に、コロナ芯線２０２が断線異常状態であると判定している（Ｓ１７０）。

つまり、制御部６００は、コロナローサイド電流Ｃ１が電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下になると直ちにコロナ芯線２０２が断線異常状態であると判定するのではなく、コロナローサイド電流Ｃ１が電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下となる状態が断線異常時間（本実施形態では、１０［ｓｅｃ］）以上継続している場合に、コロナ芯線２０２が断線異常状態であると判定している（Ｓ１７０）。ここでの断線異常時間は、Ｓ１６０の実行周期および断線判定閾値Ｃｔｈで予め定められている。

制御部６００は、このように判定することで、ノイズなどの影響により一時的にコロナローサイド電流Ｃ１が電流判定値Ｃ１ｍｉｎ以下になった場合に、コロナ芯線２０２が断線異常状態であると誤判定することを抑制できる。

よって、微粒子測定装置３００によれば、ノイズなどの影響による誤判定の発生頻度を低減できるため、コロナ芯線２０２の断線異常状態の判定における判定精度を向上できる。

次に、制御部６００は、異常判定処理において、Ｓ１６０で肯定判定すると、コロナ芯線２０２の断線異常が発生したと判定し、その異常状態を通知（報知）する処理を実行する（Ｓ１７０）。つまり、制御部６００は、通知処理（報知処理）として、コロナ芯線２０２の断線異常を示す異常報知画像を報知部９２０に表示する処理を実行する。

このような制御部６００を備える微粒子測定装置３００は、報知部９２０を備えてコロナ芯線２０２が断線異常状態であることを報知することで、微粒子測定装置３００の使用者に対して、コロナケーブル２０１の接続状態の確認作業を喚起したり、コロナケーブル２０１の交換を喚起することができる。

これにより、微粒子測定装置３００は、コロナ芯線２０２が断線異常状態である状況下で微粒子センサ１００を用いた微粒子測定が継続されることを抑制し、微粒子センサ１００の測定性能の低下を抑制できる。

そして、微粒子測定システム１０は、上述の微粒子測定装置３００に対してコロナケーブル２０１を介して微粒子センサ１００を接続した構成をなすものであり、コロナケーブル２０１（詳細には、コロナ芯線２０２）またはイオン発生部１１０（詳細には、第１電極１１２）における電圧を直接検出することなく、コロナケーブル２０１（コロナ芯線２０２）またはイオン発生部１１０（第１電極１１２）などでの電気的接続状態の異常を判定できる。

［１−８．文言の対応関係］
ここで、文言の対応関係について説明する。
微粒子測定システム１０が微粒子測定システムの一例に相当し、微粒子測定装置３００が微粒子測定装置の一例に相当し、微粒子センサ１００が微粒子センサの一例に相当し、コロナケーブル２０１がコロナケーブルの一例に相当し、報知部９２０が報知部の一例に相当する。

第１絶縁トランス７２０ａがコロナ放電用絶縁トランスの一例に相当し、第１イオン電流経路２３３および第２イオン電流経路２３７が信号線の一例に相当し、一次側グランドＰＧＬが一次側基準電位の一例に相当し、二次側グランドＳＧＬが二次側基準電位の一例に相当し、制御部６００およびイオン電流測定回路７４０が微粒子演算部の一例に相当し、制御部６００およびコロナ電流測定回路７３０がコロナ放電制御部の一例に相当し、異常判定処理を実行する制御部６００が異常判定部の一例に相当する。

イオン発生部１１０がイオン発生部の一例に相当し、帯電室１２１が帯電室の一例に相当し、イオン捕捉部１３０が捕捉部の一例に相当し、支持金具１４０が支持金具の一例に相当する。コロナ芯線２０２がコロナ芯線の一例に相当し、コロナ内側導体２０４が内側シールド線の一例に相当し、コロナ外側導体２０３が外側シールド線の一例に相当する。

［２．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、電流判定値Ｃ１ｍｉｎの数値は、上記数値に限られることはなく、用途や使用環境などに応じて適切な値を設定しても良い。換言すれば、Ｓ１３０におけるコロナローサイド電流Ｃ１（二次側電流（Ｉdc＋Ｉtrp＋Ｉc））の判定値は、２［μＡ］に限られることはなく、装置構成などに応じて適切な値を設定しても良い。

また、断線判定閾値Ｃｔｈの数値は、上記数値に限られることはなく、用途や使用環境などに応じて適切な値を設定しても良い。換言すれば、Ｓ１６０における異常状態の継続時間の判定値は、１０［ｓｅｃ］（＝１０［ｍＳｅｃ］×Ｃｔｈ１（＝１０００［回］））に限られることはなく、５秒あるいは２０秒など、用途や使用環境に応じて適切な値を設定しても良い。

次に、報知部９２０は、表示装置に限られることはなく、例えば、コロナ芯線の断線異常を示す異常報知音声を出力する音声出力装置で構成しても良い。あるいは、報知部は、表示装置および音声出力装置の両者を備える構成であってもよい。

また、上記実施形態では、微粒子センサ１００として第２電極１３２を有する形態について説明したが、第２電極１３２を省略して微粒子センサを構成するようにしてもよい。第２電極１３２を省略しても、帯電微粒子の量に応じて微粒子の量を測定することは可能であり、第２電極１３２を省略した分だけ微粒子センサをシンプルな構成にできる。その場合には、電気回路部７００から、第２電源回路７１０ｂ、第２絶縁トランス７２０ｂ、第２整流回路７５２、ショート保護用抵抗７５４、補助電流経路２３５についても省略してもよい。

また、微粒子測定システムを構成する微粒子センサは、イオン発生部が排ガス帯電部の外側に並んで設けられる構成に限られることはなく、例えば、イオン発生部が排ガス帯電部内に配置される構成であってもよい。さらに、微粒子測定システムを構成する微粒子センサとしてイオン発生部を排ガス帯電部内に配置する場合には、センサ駆動部から空気供給部を省略し、微粒子センサは、帯電室に空気供給部による高圧空気の供給を行わない構成を採るようにしてもよい。このような微粒子センサとしては、例えば、本願の出願人が出願している特開２０１５−１２９７１１号公報に開示されたセンサ構造を適用することが可能であり、その開示内容の全体は参照によりここに組み込まれる。

また、コロナ電流測定回路は、光結合式のアイソレーションアンプに限られることはなく、例えば、磁気結合式や容量結合式のアイソレーションアンプであってもよい。
さらに、コロナケーブルは、トライアキシャルケーブル（コロナ芯線、コロナ内側導体、コロナ外側導体がこの順に内側から外側にかけて同軸状に配置された構成のケーブル）に限られることはない。例えば、コロナ内側導体およびコロナ外側導体がコロナ芯線を覆うことなく、コロナ芯線、コロナ内側導体、コロナ外側導体が並列配置された構成のケーブルを、コロナケーブルとして使用してもよい。あるいは、コロナ芯線およびコロナ内側導体を有する第１ケーブルと、コロナ外側導体を有する第２ケーブルとに分離可能に構成されたケーブルを、コロナケーブルとして使用しても良い。

１０…微粒子測定システム、１００…微粒子センサ、１１０…イオン発生部、１１１…イオン発生室、１１２…第１電極、１２０…排ガス帯電部、１２１…帯電室、１３０…イオン捕捉部、１３２…第２電極、１４０…支持金具、２０１…コロナケーブル、２０２…コロナ芯線、２０３…コロナ外側導体、２０４…コロナ内側導体、２０５…コロナケーブルコネクタ、２１１…補助ケーブル、２１２…補助芯線、２１３…補助外側導体、２１４…補助内側導体、２１５…補助ケーブルコネクタ、２３３…第１イオン電流経路、２３５…補助電流経路、２３６…第２基準経路、２３７…第２イオン電流経路、３００…微粒子測定装置、６００…制御部、７００…電気回路部、７１０…電源回路、７１０ａ…第１電源回路、７１０ｂ…第２電源回路、７１１ａ…第１放電電圧制御回路、７１１ｂ…第２放電電圧制御回路、７１２ａ…第１トランス駆動回路、７１２ｂ…第２トランス駆動回路、７２０…絶縁トランス、７２０ａ…第１絶縁トランス、７２０ｂ…第２絶縁トランス、７３０…コロナ電流測定回路、７４０…イオン電流測定回路、７５１…第１整流回路、７５２…第２整流回路、８００…空気供給部、９２０…報知部、９３０…操作入力部、ＣＳ…ケーシング、ＰＧＬ…一次側グランド、ＳＧＬ…二次側グランド。

Claims (5)

1. 被測定ガス中の微粒子を検出する微粒子センサに電気的に接続されて、前記微粒子センサを制御して前記被測定ガス中の前記微粒子の量を測定する微粒子測定装置であって、
   前記微粒子センサは、
   コロナ放電によってイオンを発生するイオン発生部と、
   前記被測定ガスを取り込み、前記イオンを用いて前記被測定ガス中の前記微粒子を帯電させて帯電微粒子を生成するための帯電室と、
   前記イオン発生部で発生した前記イオンのうち前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンを捕捉する捕捉部と、
   前記イオン発生部、前記帯電室、前記捕捉部のそれぞれと電気的に絶縁された状態で、前記イオン発生部、前記帯電室、前記捕捉部を支持する支持金具と、
   を備えており、
   当該微粒子測定装置は、
   一次側コイルおよび二次側コイルを有して電圧変換を行うコロナ放電用絶縁トランスと、
   前記捕捉部から前記二次側コイルの基準電位である二次側基準電位に至る信号経路のうち少なくとも一部を形成する信号線と、
   前記微粒子センサから外部に排出される前記帯電微粒子の量に応じて前記信号線に供給される補償電流の電流値に基づいて、前記被測定ガス中の前記微粒子の量を演算する微粒子演算部と、
   前記二次側コイルに発生するイオン電力を制御するために、前記信号経路に流れる二次側電流に基づいて前記一次側コイルへの供給電力量を制御するコロナ放電制御部と、
   を備えており、
   当該微粒子測定装置は、コロナケーブルを介して前記微粒子センサに電気的に接続されており、
   前記コロナケーブルは、コロナ芯線と、内側シールド線と、外側シールド線と、を備えており、
   前記コロナ芯線は、前記二次側コイルから前記イオン発生部に対して電力供給するための経路のうち少なくとも一部を形成し、
   前記内側シールド線は、前記コロナ芯線とは電気的に絶縁されるとともに、前記捕捉部および前記信号線のそれぞれに電気的に接続されており、
   前記外側シールド線は、前記コロナ芯線および前記内側シールド線とは電気的に絶縁されるとともに、前記一次側コイルの基準電位である一次側基準電位および前記支持金具にそれぞれ電気的に接続されており、
   当該微粒子測定装置は、さらに、
   前記二次側電流に基づいて、前記コロナ芯線が断線した断線異常状態であるか否かを判定する異常判定部を備える、
   微粒子測定装置。
2. 前記異常判定部は、
   前記二次側電流が予め定められた判定値以下である場合に、前記断線異常状態であると判定する、
   請求項１に記載の微粒子測定装置。
3. 前記異常判定部は、
   前記二次側電流が前記判定値以下である状態が予め定められた断線異常時間以上継続している場合に、前記断線異常状態であると判定する、
   請求項２に記載の微粒子測定装置。
4. 前記異常判定部にて前記断線異常状態と判定された場合に、前記コロナ芯線が前記断線異常状態であることを報知する報知部を備える、
   請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の微粒子測定装置。
5. 被測定ガス中の微粒子を検出する微粒子センサと、
   前記微粒子センサにコロナケーブルを介して電気的に接続されて、前記微粒子センサを制御して前記被測定ガス中の前記微粒子の量を測定する微粒子測定装置と、
   を備える微粒子測定システムであって、
   前記微粒子測定装置は、請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の微粒子測定装置である、
   微粒子測定システム。

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