JP2018529959A

JP2018529959A - ガスセンサ警報回路

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Abstract

ガスセンサと分圧回路を備える自己帰還回路であって、分圧回路は電界効果トランジスタ（ｐ−ＦＥＴ、ｎ−ＦＥＴ）を含み、ガスセンサのガス抵抗（ｎ−Ｒｓｅｎｓｏｒ）は電界効果トランジスタ（ｐ−ＦＥＴ、ｎ−ＦＥＴ）のソース電極（Ｓ）とドレイン電極（Ｄ）に直列接続され、ガス抵抗（ｎ−Ｒｓｅｎｓｏｒ）の分圧と分圧回路の分圧のうち、分圧が増大するものを自己帰還回路の電圧出力（Ｖ_OUT）とする。
【選択図】図３

Description

ガスセンサ、アラーム等の電子分野に属するガスセンサ警報回路である。

半導体ガスセンサは、可燃性や爆発性ガス、有毒有害なガス、大気汚染ガス、食品衛生に関連するガスの検出・警報において重要な役割を果たす。半導体ガスセンサの作動原理は、所定温度で、半導体材料の抵抗が被測定ガスの濃度に応じて変化するものである。図１に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、Ｒ_Lは負荷抵抗、ｎ−Ｒ_SENSORはｎ型酸化物半導体ガス抵抗であり、ガスセンサｎ抵抗−Ｒ_SENSORの変化により回路における電流変化を引き起こし、負荷抵抗Ｒ_Lに直列接続されることで、負荷抵抗Ｒ_L又はガスセンサｎ−Ｒ_SENSORでの分圧変化を引き起こす。この分圧変化は、外部回路による警報、又は、デジタルアナログ変換による被測定ガスの濃度情報の表示を駆動する。関連技術において、商業化されたアラーム（例えば、ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＷｉｎｓｅｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．製ＭＰ５０３、及び日本ＦＩＧＡＲＯ製ＴＧＳ２６０２）及び大部分の研究論文や特許（例えば、中国特許出願公開第１０３７２９９７０号明細書、中国実用新案第２０４１２９９２０号明細書）ではすべてこのような簡易な直列回路が使用されている。また、抵抗値が一定の負荷抵抗以外に、回路パラメータを柔軟に調整できるよう手動で抵抗の調節が可能な可変抵抗器（例えば、中国特許第１０３５５８２６０号明細書）を用いる製品もある。

また、一部の学術論文又は著作では、負荷抵抗がガスセンサに置き換えられてもよく、図２に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、ｐ−Ｒ_SENSORはｐ型酸化物半導体ガス抵抗、ｎ−Ｒ_SENSORはｎ型酸化物半導体ガス抵抗であり、２つのガスセンサｎ−Ｒ_SENSOR、ｐ−Ｒ_SENSORの特徴パラメータをマッチングさせることによって、検出ガスに対する感度及び特定の応答等を向上させる。（Ｈａｎ等，ＳｅｎｓｏｒｓａｎｄＡｃｔｕａｔｏｒｓＢ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ，２００９，１３８：２２８；呉興惠，王彩君，センサ及び信号処理，電子工業出版社，１９９７年）

本開示によるガスセンサ警報回路は、ガスセンサ警報回路のインテリジェント化のレベルを向上させ、電界効果トランジスタの自己帰還作用により回路の警報能力を向上させる。電界効果トランジスタの自己帰還作用は本開示と関連技術による警報回路の相違点である。

本開示は、ガスセンサと分圧回路を備える自己帰還回路であって、分圧回路はソース電極とドレイン電極が直列接続された電界効果トランジスタを含み、ガス抵抗の分圧と分圧回路の分圧のうち、分圧が増大するものを電圧出力とする自己帰還回路を提供する。

好ましくは、電界効果トランジスタのゲート電極はそのソース電極又はドレイン電極と短絡され、ガス抵抗の分圧と電界効果トランジスタの分圧のうち、分圧が増大するものを電圧出力とする。好ましくは、ｐチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はドレイン電極と短絡され、ｎチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はソース電極と短絡される。好ましくは、ｎ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストする場合、電界効果トランジスタの分圧を電圧出力とし、ｎ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストするときに、ガスセンサの分圧を電圧出力とする。

好ましくは、前記電界効果トランジスタはエンハンスメント型又は空乏型である。

好ましくは、前記ガスセンサは室温で作動しているセンサであり、又は加熱回路を介して加熱されて所定温度で作動しているガスセンサである。

好ましくは、前記分圧回路は電界効果トランジスタと直列抵抗を備え、ガスセンサのガス抵抗は電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極に直列抵抗により直列接続され、電界効果トランジスタのソース電極又はドレイン電極は直列抵抗により電界効果トランジスタのゲート電極に接続され、ガス抵抗の分圧、及び電界効果トランジスタと直列抵抗の共通分圧のうち、分圧が増大するものを電圧出力とする。

好ましくは、ｐチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのドレイン電極は直列抵抗によりゲート電極に接続され、ｎチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのソース電極は直列抵抗によりゲート電極に接続される。

好ましくは、ｎ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストする場合、電界効果トランジスタと直列抵抗の共通分圧を警報電圧出力とし、ｎ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストする場合、ガスセンサの分圧を警報電圧出力とする。

好ましくは、電界効果トランジスタのゲート電極はそのソース電極又はドレイン電極と短絡され、ガス抵抗の分圧と電界効果トランジスタの分圧のうち、分圧が減少するものを電圧出力とする。

好ましくは、前記分圧回路は電界効果トランジスタと直列抵抗を備え、ガスセンサのガス抵抗は電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極に直列抵抗により直列接続され、電界効果トランジスタのソース電極又はドレイン電極は直列抵抗により電界効果トランジスタのゲート電極に接続され、ガス抵抗の分圧、及び電界効果トランジスタと直列抵抗の共通分圧のうち、減少又は増大するものを電圧出力とする。

好ましくは、ｐチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はドレイン電極と短絡され、ｎチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はソース電極と短絡される。

好ましくは、ｎ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストする場合、ガスセンサの分圧を電圧出力とし、ｎ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストする場合、電界効果トランジスタの分圧を電圧出力とする。

本開示はさらに、上記自己帰還回路と警報表示回路を備えるガスセンサ警報回路であって、前記警報表示回路はブザー、発光ダイオードＬＥＤ及びリレーのうちの少なくとも１つ、演算増幅器及びトランジスタを含み、前記自己帰還回路の電圧出力は前記演算増幅器と前記トランジスタに接続されて、前記ブザー、前記ＬＥＤ及び前記リレーのうちの少なくとも１つによる警報を行うように駆動し、又は、前記警報表示回路は電圧リーダーを含み、前記電圧出力は前記電圧リーダーに接続され、前記電圧出力を警報電圧とし、前記電圧リーダーは前記警報電圧をデジタル化にして出力するように設置されるガスセンサ警報回路を提供する。

上記方法により接続されたガスセンサ警報回路の作動原理は、ガスセンサが被測定ガスを検出するときに、ガスセンサのガス抵抗の抵抗値に変化が生じるものである。直流テスト電圧が一定の状況では、抵抗変化は、回路での電流を変化させて、直列デバイスの分圧を変化させる。電界効果トランジスタのゲート電極はソース電極又はドレイン電極と短絡され、又は電界効果トランジスタのゲート電極はソース電極又はドレイン電極に直列抵抗により接続され、電界効果トランジスタの分圧変化は、ゲート電極電圧の変化を引き起こす。ゲート電極電圧は、回路電流の変化に対して自己帰還として機能し、ガスセンサの抵抗変化による分圧変化を高める。継続的に自己帰還調整を行うことにより、安定時の警報電圧は、固定抵抗が使用された関連技術の負荷電圧回路の出力電圧より高いため、回路の警報能力を向上させる。

以下の実施例を詳しく説明するために、以下、図１−１３を用いて詳細に説明する。

関連技術による、固定抵抗ｎ型ガスセンサにより還元性ガスを測定する自己帰還回路である。関連技術による、ｐ型ガスセンサとｎ型ガスセンサにより還元性ガスを測定する自己帰還回路である。実施例１による、ｎ型ガスセンサとｐ型電界効果トランジスタを直列接続して還元性ガスをテストする自己帰還回路である。実施例２による、ｐ型ガスセンサとｐ型電界効果トランジスタを直列接続して還元性ガスをテストする自己帰還回路である。実施例３による、ｐ型ガスセンサとｎ型電界効果トランジスタを直列接続して還元性ガスをテストする自己帰還回路である。実施例４による、ｎ型ガスセンサとｎ型電界効果トランジスタを直列接続して還元性ガスをテストする自己帰還回路である。実施例５による、ｐ型ガスセンサとｐ型電界効果トランジスタを直列接続して酸化性ガスをテストする自己帰還回路である。実施例６による、ｎ型ガスセンサとｐ型電界効果トランジスタを直列接続して酸化性ガスをテストする自己帰還回路である。実施例７による、ｐ型ガスセンサとｎ型電界効果トランジスタを直列接続して酸化性ガスをテストする自己帰還回路である。実施例８による、ｎ型ガスセンサとｎ型電界効果トランジスタを直列接続して酸化性ガスをテストする自己帰還回路である。一実施例によるガスセンサ警報回路１である。一実施例によるガスセンサ警報回路２である。一実施例によるガスセンサ警報回路３である。

矛盾しない限り、以下の実施例及び実施例の技術的特徴をお互いに任意に組み合わせることができる。

以下、実例を参照しながら本開示について説明するが、回路を明瞭にするために、加熱回路は未図示であり、加熱回路はセンサ抵抗に含まれる。

実施例１

図３に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、ｎ−Ｒ_SENSORはｎ型酸化物半導体ガス抵抗、ｐ−ＦＥＴはｐ型電界効果トランジスタ、Ｇ、Ｄ、Ｓはそれぞれ電界効果トランジスタのゲート電極、ドレイン電極及びソース電極である。ｎ型酸化物半導体ＳｎＯ₂ガスセンサのガス抵抗ｎ−Ｒ_SENSORはｐ型電界効果トランジスタｐ−ＦＥＴに直列接続され、ガス抵抗の第一端はテスト電圧の正極Ｖ_DD、ガス抵抗の第二端はトランジスタｐ−ＦＥＴのドレイン電極Ｄに接続され、トランジスタｐ−ＦＥＴのソース電極Ｓは接地し、ゲート電極Ｇはドレイン電極Ｄと短絡され、トランジスタｐ−ＦＥＴのドレイン電極Ｄとグラウンドの両端の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとする。ガスセンサによりアルコールが検出されるとき、ガスセンサのガス抵抗の抵抗値は低下し、回路における電流を上昇させ、トランジスタｐ−ＦＥＴのドレイン電極Ｄとグラウンドの間の電圧を増大させる。トランジスタｐ−ＦＥＴのゲート電極Ｇがドレイン電極Ｄと短絡されるため、ゲート電極の電圧とドレイン電極の電圧が同時に増大し、ｐ型トランジスタの電流を減少させる。直列回路電流の減少によりガス抵抗での分圧を低減させ、トランジスタｐ−ＦＥＴでの分圧を増大し、すなわち自己帰還として機能する。継続的に自己帰還調整を行うことによって、最終的に定常状態では、トランジスタｐ−ＦＥＴの両端の出力電圧Ｖｏｕｔは関連技術による固定抵抗分圧回路の出力電圧よりも１．５倍高くなる。図３に示すように、本実施例におけるガスセンサによりオゾンが検出されたとき、トランジスタｐ−ＦＥＴでの分圧は減少し、トランジスタｐ−ＦＥＴのドレイン電極Ｄとグラウンドの両端の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとすることができる。

実施例２

図４に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、ｐ−Ｒ_SENSORはｐ型酸化物半導体ガス抵抗、ｐ−ＦＥＴはｐ型電界効果トランジスタ、Ｇ、Ｄ、Ｓはそれぞれ電界効果トランジスタのゲート電極、ドレイン電極及びソース電極である。ｐ型酸化物半導体Ｃｕ₂Ｏガスセンサのガス抵抗ｐ−Ｒ_SENSORはｐ型電界効果トランジスタｐ−ＦＥＴに直列接続され、トランジスタｐ−ＦＥＴのドレイン電極Ｄはテスト電圧正極Ｖ_DDに接続され、トランジスタｐ−ＦＥＴのソース電極Ｓはガス抵抗の第一端に接続され、ガス抵抗の第二端は接地し、トランジスタｐ−ＦＥＴのゲート電極Ｇはドレイン電極Ｄと短絡され、ガス抵抗の両端電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとする。ガスセンサにより水素ガスが検出されるとき、ガスセンサのガス抵抗の抵抗値は上昇し、回路における電流を低減させ、トランジスタｐ−ＦＥＴのソース電極とドレイン電極の間の電圧を減少させる。トランジスタｐ−ＦＥＴのゲート電極Ｇがドレイン電極Ｄと短絡されるため、ゲート電極の電圧がドレイン電極の電圧と同時に減少し、ｐ型トランジスタの電流を増大させる。直列回路電流の増大によりガス抵抗の分圧が増大し、すなわち自己帰還として機能する。継続的に自己帰還調整を行うことによって、最終的に定常状態では、ガス抵抗の両端の出力電圧は、関連技術による固定抵抗分圧回路の出力電圧よりも２倍高くなる。図４に示すように、本実施例におけるガスセンサにより二酸化窒素が検出されたとき、ガス抵抗の分圧は減少し、ガス抵抗の両端の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとすることができる。

実施例３

図５に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、ｐ−Ｒ_SENSORはｐ型グラフェンガス抵抗、ｎ−ＦＥＴはｎ型電界効果トランジスタ、Ｇ、Ｄ、Ｓはそれぞれ電界効果トランジスタのゲート電極、ドレイン電極及びソース電極、Ｒ₀は直列抵抗である。ｐ型酸化物半導体ＬａＦｅＯ₃ガスセンサのガス抵抗ｐ−Ｒ_SENSORはｎ型電界効果トランジスタｎ−ＦＥＴに直列接続され、トランジスタｎ−ＦＥＴのドレイン電極はテスト電圧正極Ｖ_DDに接続され、ガス抵抗の一端は接地し、トランジスタｎ−ＦＥＴのソース電極Ｓはある固定直列抵抗Ｒ₀によりゲート電極Ｇに接続され、ガス抵抗の分圧を出力電圧Ｖｏｕｔとする。ガスセンサによりホルムアルデヒドが検出されたとき、ガスセンサのガス抵抗の抵抗値は上昇し、回路における電流を低減させ、トランジスタｎ−ＦＥＴのソース電源とドレイン電極の間の電圧を低下させる。トランジスタｎ−ＦＥＴのゲート電極は固定抵抗によりソース電極と短絡されるため、電流の減少によりゲート電極の電圧を増大させ、ｎ型電界効果トランジスタの電流を増大させる。直列回路電流の増大によりガスセンサでの分圧を増大し、すなわち自己帰還として機能する。継続的に自己帰還調整を行うことによって、最終的に定常状態では、ガス抵抗の両端の出力電圧は、関連技術による固定抵抗分圧回路の出力電圧よりも１．５倍高くなる。図５に示すように、本実施例におけるガスセンサによりオゾンが検出されるとき、ガス抵抗の分圧は減少し、ガス抵抗の分圧を出力電圧Ｖｏｕｔとすることができる。

実施例４

図６に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、ｎ−Ｒ_SENSORはｎ型酸化物半導体ガス抵抗、ｎ−ＦＥＴはｎ型電界効果トランジスタ、Ｇ、Ｄ、Ｓはそれぞれ電界効果トランジスタのゲート電極、ドレイン電極及びソース電極、Ｒ₀は直列抵抗である。ｎ型酸化物半導体ＺｎＯガスセンサのガス抵抗はｎ型電界効果トランジスタｎ−ＦＥＴに直列接続され、ガス抵抗の一端はテスト電圧正極Ｖ_DDに接続され、トランジスタｎ−ＦＥＴのソース電極Ｓはある固定抵抗Ｒ₀によりゲート電極に接続され、トランジスタｎ−ＦＥＴと固定抵抗の両端電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとする。ガスセンサによりメタンが検出されるとき、ガスセンサのガス抵抗の抵抗値は低減し、回路における電流を増大させ、トランジスタのソース電極とドレイン電極の間の電圧を増大させる。トランジスタのソース電極は固定抵抗によりゲート電極に接続されるため、電流の増大によりゲート電極の電圧を低下させ、ｎ型電界効果トランジスタには電流を減少させる。直列回路電流の減少によりガス抵抗での分圧を減少させ、トランジスタｎ−ＦＥＴと固定抵抗の分圧を増大させ、すなわち自己帰還として機能する。継続的に自己帰還調整を行うことによって、最終的に定常状態では、トランジスタと固定抵抗の両端の出力電圧Ｖｏｕｔは、関連技術による固定抵抗分圧回路の出力電圧よりも２倍高くなる。図６に示すように、本実施例におけるガスセンサにより二酸化窒素が検出されるとき、トランジスタｎ−ＦＥＴと固定抵抗の両端の電圧分圧は減少し、トランジスタｎ−ＦＥＴと固定抵抗の両端の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとすることができる。

実施例５

図７に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、ｐ−Ｒ_SENSORはｐ型酸化物半導体ガス抵抗、ｐ−ＦＥＴはｐ型電界効果トランジスタ、Ｇ、Ｄ、Ｓはそれぞれ電界効果トランジスタのゲート電極、ドレイン電極及びソース電極である。ｐ型グラフェンガスセンサのガス抵抗はｐ型電界効果トランジスタｐ−ＦＥＴに直列接続され、ガス抵抗の一端はテスト電圧正極Ｖ_DDに接続され、トランジスタｐ−ＦＥＴのソース電極Ｓは接地し、ゲート電極Ｇはドレイン電極Ｄと短絡され、トランジスタｐ−ＦＥＴの両端電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとする。ガスセンサにより二酸化窒素が検出されるとき、ガスセンサのガス抵抗の抵抗値は低減し、回路における電流を上昇させ、トランジスタｐ−ＦＥＴのソース電極とドレイン電極の間の電圧を増大させる。トランジスタｐ−ＦＥＴのゲート電極はドレイン電極と短絡されるため、ゲート電極の電圧はドレイン電極の電圧と同時に増大し、ｐ型電界効果トランジスタの電流の減少をもたらす。直列回路電流の減少によりセンサでの分圧を低減させ、トランジスタの分圧を増大させ、すなわち自己帰還として機能する。継続的に自己帰還調整を行うことによって、最終的に定常状態では、トランジスタの両端の出力電圧は関連技術による固定抵抗分圧回路の出力電圧よりも１．５倍高くなる。図７に示すように、本実施例におけるガスセンサにより水素ガスが検出されるとき、トランジスタｐ−ＦＥＴの両端電圧は減少し、トランジスタｐ−ＦＥＴの両端電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとすることができる。

実施例６

図８に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、ｐ−Ｒ_SENSORはｐ型フタロシアニン銅半導体ガス抵抗、ｐ−ＦＥＴはｐ型電界効果トランジスタ、Ｇ、Ｄ、Ｓはそれぞれ電界効果トランジスタのゲート電極、ドレイン電極及びソース電極である。ｎ型酸化物半導体ＴｉＯ₂ガスセンサのガス抵抗はｐ型電界効果トランジスタｐ−ＦＥＴに直列接続され、ガス抵抗の第一端は接地し、トランジスタｐ−ＦＥＴのゲート電極Ｇはドレイン電極Ｄと短絡され、ドレイン電極Ｄはテスト電圧正極Ｖ_DDに接続され、ソース電極Ｓはガス抵抗の第二端に接続され、ガス抵抗の両端電圧を出力電圧とする。ガスセンサによりオゾンが検出されるとき、ガスセンサのガス抵抗の抵抗値は上昇し、回路における電流を低減させ、トランジスタのソース電極とドレイン電極の間の電圧を減少させる。トランジスタのゲート電極はドレイン電極と短絡されるため、ゲート電極の電圧はドレイン電極の電圧と同時に減少し、ｐ型トランジスタの電流の増大をもたらす。直列回路電流の増大によりセンサでの分圧を増大させ、すなわち自己帰還として機能する。継続的に自己帰還調整を行うことによって、最終的に定常状態では、ガス抵抗の両端の出力電圧は、関連技術による固定抵抗分圧回路の出力電圧よりも２倍高くなる。図８に示すように、本実施例におけるガスセンサによりアルコールが検出されるとき、ガス抵抗の分圧は減少し、ガス抵抗の分圧を出力電圧Ｖｏｕｔとすることができる。

実施例７

図９に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、ｎ−Ｒ_SENSORはｎ型酸化物半導体ガス抵抗、ｎ−ＦＥＴはｎ型電界効果トランジスタ、Ｇ、Ｄ、Ｓはそれぞれ電界効果トランジスタのゲート電極、ドレイン電極及びソース電極、Ｒ₀は直列抵抗である。ｎ型酸化物半導体Ｉｎ₂Ｏ₃ガスセンサのガス抵抗はｎ型電界効果トランジスタｎ−ＦＥＴに直列接続され、トランジスタｎ−ＦＥＴドレイン電極Ｄはテスト電圧正極Ｖ_DDに接続され、ガス抵抗の一端は接地し、ソース電極Ｓはある固定抵抗Ｒ₀によりソース電極Ｓに接続され、ガス抵抗の分圧を出力電圧Ｖｏｕｔとする。ガスセンサにより二酸化窒素が検出されるとき、ガスセンサのガス抵抗の抵抗値は上昇し、回路における電流を低減させ、トランジスタのソース電極とドレイン電極の間の電圧を低下させる。トランジスタのソース電極は固定抵抗によりゲート電極に接続されるため、電流の減少によりゲート電極の電圧を増大させ、ｎ型電界効果トランジスタの電流の増大をもたらす。直列回路電流の増大によりガス抵抗での分圧を増大させ、すなわち自己帰還として機能する。継続的に自己帰還調整を行うことによって、最終的に定常状態では、ガス抵抗の両端の出力電圧Ｖｏｕｔは、関連技術による固定抵抗分圧回路の出力電圧よりも１．５倍高くなる。図３に示すように、本実施例におけるガスセンサによりメタンが検出されるとき、ガス抵抗の分圧は減少し、ガス抵抗の分圧を出力電圧Ｖｏｕｔとすることができる。

実施例８

図１０に示すように、Ｖ_DDはテスト電圧、Ｖ_OUTは出力電圧信号、ｎ−Ｒ_SENSORはｎ型酸化物半導体ガス抵抗、ｎ−ＦＥＴはｎ型電界効果トランジスタ、Ｇ、Ｄ、Ｓはそれぞれ電界効果トランジスタのゲート電極、ドレイン電極及びソース電極、Ｒ₀は直列抵抗である。ｐ型有機半導体フタロシアニン銅ガスセンサのガス抵抗はｎ型電界効果トランジスタｎ−ＦＥＴに直列接続され、ガス抵抗の一端はテスト電圧正極Ｖ_DDに接続され、トランジスタｎ−ＦＥＴのソース電極Ｓはある固定抵抗Ｒ₀によりゲート電極Ｇに接続され、トランジスタｎ−ＦＥＴと固定抵抗の両端電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとする。ガスセンサによりオゾンが検出されるとき、ガス抵抗の抵抗値は低減することにより、回路における電流を増大させ、トランジスタｎ−ＦＥＴのソース電極とドレイン電極の間の電圧を増大させる。トランジスタｎ−ＦＥＴのソース電極は固定抵抗によりゲート電極に接続されるため、電流の増大によりゲート電極の電圧を低下させて、ｎ型電界効果トランジスタの電流の減少をもたらす。直列回路電流の減少によりガス抵抗の分圧を減少させ、トランジスタｎ−ＦＥＴと固定抵抗の分圧を増大させ、すなわち自己帰還として機能する。継続的に自己帰還調整を行うことによって、最終的に定常状態では、トランジスタと固定抵抗の両端の出力電圧は、関連技術による固定抵抗分圧回路の出力電圧よりも２倍高くなる。図１０に示すように、本実施例におけるガスセンサによりホルムアルデヒドが検出されるとき、トランジスタｎ−ＦＥＴと固定抵抗の両端電圧は減少し、トランジスタｎ−ＦＥＴと固定抵抗の両端の電圧を出力電圧Ｖｏｕｔとすることができる。

好ましくは、上記実施例では、電界効果トランジスタはエンハンスメント型又は空乏型である。

好ましくは、ガスセンサは室温で作動しているセンサであり、又は、加熱回路を介して加熱されて所定温度で作動しているセンサである。前記室温は２０℃〜２５℃であり、前記所定温度は２００℃〜４００℃であってもよい。

本開示はさらに、警報表示回路と上記自己帰還回路を備えるガスセンサ警報回路であって、前記警報表示回路はブザー、発光ダイオードＬＥＤ及びリレーのうちの少なくとも１つ、演算増幅器及びトランジスタを含み、前記自己帰還回路の電圧出力は前記演算増幅器と前記トランジスタに接続されて、前記ブザー、前記ＬＥＤ及び前記リレーのうちの少なくとも１つによる警報を行うように駆動し、又は前記警報表示回路は電圧リーダーを含み、前記電圧出力は前記電圧リーダーに接続されて、前記電圧出力を警報電圧とし、前記電圧リーダーは前記警報電圧をデジタル化して出力するように設置されるガスセンサ警報回路を提供する。上記実施例に基づき、図１１に示すように、演算増幅器Ｕ１Ａ、演算増幅器Ｕ１Ｂ及びトランジスタＴＲ１は、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、及びブザーＢＵを駆動するように設置される。図１２に示すように、演算増幅器Ｕ１Ａ、演算増幅器Ｕ１Ｂ及びトランジスタＴＲ１は、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、及びリレーＲｅを駆動するように設置される。図１３に示すように、Ｖｏｕｔは電圧リーダーに接続され、Ｖｏｕｔをデジタル化にして出力する。

本開示によるガスセンサ警報回路は、定常状態での警報電圧、警報回路の感度及び回路の警報能力を向上させる。

Claims

ガスセンサと分圧回路を備える自己帰還回路であって、
分圧回路は電界効果トランジスタを含み、ガスセンサのガス抵抗は電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極に直列接続され、
ガス抵抗の分圧又は分圧回路の分圧を前記自己帰還回路の電圧出力とする自己帰還回路。
電界効果トランジスタのゲート電極はそのソース電極又はドレイン電極と短絡され、
ガス抵抗の分圧と電界効果トランジスタの分圧のうち、分圧が増大するものを電圧出力とする請求項１に記載の回路。
前記分圧回路は電界効果トランジスタと直列抵抗を備え、ガスセンサのガス抵抗は電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極に直列抵抗により直列接続され、
電界効果トランジスタのソース電極又はドレイン電極は直列抵抗により電界効果トランジスタのゲート電極に接続され、ガス抵抗の分圧、及び電界効果トランジスタと直列抵抗との共通分圧のうち、分圧が増大するものを電圧出力とする請求項１に記載の回路。
ｐチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はドレイン電極と短絡され、
ｎチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はソース電極と短絡される請求項２に記載の回路。
ｎ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストする場合、電界効果トランジスタの分圧を電圧出力とし、
ｎ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストし、且つｐ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストする場合、ガスセンサの分圧を電圧出力とする請求項２に記載の回路。
前記電界効果トランジスタはエンハンスメント型又は空乏型である請求項２又は４に記載の回路。
前記ガスセンサは室温で作動しているセンサであり、又は加熱回路を介して加熱されて所定温度で作動しているガスセンサである請求項２又は５に記載の回路。
ｐチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのドレイン電極は直列抵抗によりゲート電極に接続され、
ｎチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのソース電極は直列抵抗によりゲート電極に接続される請求項３に記載の回路。
ｎ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストする場合、電界効果トランジスタと直列抵抗の共通分圧を電圧出力とし、
ｎ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストする場合、ガスセンサの分圧を電圧出力とする請求項３に記載の回路。
前記電界効果トランジスタはエンハンスメント型又は空乏型である請求項３又は８に記載の回路。
前記ガスセンサは室温で作動しているセンサ、又は加熱回路を介して加熱されて所定温度で作動しているガスセンサである請求項３又は９に記載の回路。
電界効果トランジスタのゲート電極はそのソース電極又はドレイン電極と短絡され、
ガス抵抗の分圧と電界効果トランジスタの分圧のうち、分圧が減少するものを電圧出力とする請求項１に記載の回路。
前記分圧回路は電界効果トランジスタと直列抵抗を備え、ガスセンサのガス抵抗は電界効果トランジスタのソース電極とドレイン電極に直列抵抗により直列接続され、
電界効果トランジスタのソース電極又はドレイン電極は直列抵抗により電界効果トランジスタのゲート電極に接続され、
ガス抵抗の分圧、及び電界効果トランジスタと直列抵抗の共通分圧のうち、減少又は増大するものを電圧出力とする請求項１に記載の回路。
ｐチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はドレイン電極と短絡され、
ｎチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はソース電極と短絡される請求項１２に記載の回路。
ｎ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストする場合、ガスセンサの分圧を電圧出力とし、
ｎ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストする場合、電界効果トランジスタの分圧を電圧出力とする請求項１２に記載の回路。
ｐチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はドレイン電極と短絡され、
ｎチャネルの電界効果トランジスタを用いるときに、そのゲート電極はソース電極と短絡される請求項１３に記載の回路。
ｎ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストする場合、ガスセンサの分圧を電圧出力とし、
ｎ型半導体ガスセンサにより酸化性ガスをテストし、及びｐ型半導体ガスセンサにより還元性ガスをテストする場合、電界効果トランジスタの分圧を電圧出力とする請求項１３に記載の回路。
警報表示回路及び請求項１〜請求項１７のいずれか１項に記載の自己帰還回路を備えるガスセンサ警報回路であって、
前記警報表示回路は、ブザー、発光ダイオードＬＥＤ及びリレーのうちの少なくとも１つ、演算増幅器及びトランジスタを含み、前記自己帰還回路の電圧出力は前記演算増幅器と前記トランジスタに接続されて、前記ブザー、前記ＬＥＤ及び前記リレーのうちの少なくとも１つによる警報を行うように駆動し、又は
前記警報表示回路は電圧リーダーを含み、前記電圧出力は前記電圧リーダーに接続され、前記電圧出力を警報電圧とし、前記電圧リーダーは前記警報電圧をデジタル化にして出力するように設置されるガスセンサ警報回路。