JP2023134369A - sensor system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、センサシステムに関する。 The present disclosure relates to sensor systems.
近年、赤外線を発光する発光部及び検出対象ガス(例えば、アルコール又は二酸化炭素)を透過した赤外線を受光する受光部を含み、当該ガスにおける赤外線の吸収特性を利用して、当該ガスの濃度を検出する非分散赤外線吸収(NDIR:Non-Dispersive Infrared)方式ガスセンサの開発が進められている(例えば特許文献1)。 In recent years, detection devices include a light emitting part that emits infrared rays and a light receiving part that receives infrared rays that have passed through the gas to be detected (e.g., alcohol or carbon dioxide), and detect the concentration of the gas by using the infrared absorption characteristics of the gas. A non-dispersive infrared (NDIR) type gas sensor is being developed (for example, Patent Document 1).
ここで、NDIR方式ガスセンサを含むセンサを用いたシステムでは、さらなるSNR(信号ノイズ比)の向上が求められている。 Here, in systems using sensors including NDIR gas sensors, further improvement in SNR (signal to noise ratio) is required.
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、SNRを向上させたセンサシステムを提供することにある。 An object of the present disclosure, made in view of such circumstances, is to provide a sensor system with improved SNR.
[1]本開示の一実施形態に係るセンサシステムは、
発光素子と、前記発光素子から出射された光に基づく信号を検出する検出素子と、を有するセンサと、
前記発光素子が光を出射する区間をON区間、前記発光素子が光を出射しない区間をOFF区間として、前記ON区間において検出された前記信号と、複数の前記OFF区間において検出された前記信号と、を用いて、1つの測定値を演算する演算装置と、を備える。
[1] A sensor system according to an embodiment of the present disclosure includes:
A sensor including a light emitting element and a detection element that detects a signal based on light emitted from the light emitting element;
The signal detected in the ON period and the signal detected in the plurality of OFF periods, where a period in which the light emitting element emits light is an ON period, and a period in which the light emitting element does not emit light is an OFF period. and an arithmetic device that calculates one measurement value using .
[2]本開示の一実施形態として、[1]において、
前記ON区間と前記OFF区間との合計に対する前記ON区間の比であるデューティーは、50%以上である。
[2] As an embodiment of the present disclosure, in [1],
A duty, which is a ratio of the ON interval to the sum of the ON interval and the OFF interval, is 50% or more.
[3]本開示の一実施形態として、[1]又は[2]において、
前記演算装置は、前記ON区間の前後の複数の前記OFF区間において検出された前記信号を用いて、前記測定値を演算する。
[3] As an embodiment of the present disclosure, in [1] or [2],
The calculation device calculates the measured value using the signals detected in the plurality of OFF periods before and after the ON period.
[4]本開示の一実施形態として、[3]において、
前記ON区間の前の前記OFF区間の数は、前記ON区間の後の前記OFF区間の数と同じである。
[4] As an embodiment of the present disclosure, in [3],
The number of the OFF intervals before the ON interval is the same as the number of OFF intervals after the ON interval.
[5]本開示の一実施形態として、[1]から[4]のいずれかにおいて、
前記演算装置は、前記ON区間において検出された前記信号及び前記OFF区間において検出された前記信号のそれぞれに、重み付けを行って前記測定値を演算する。
[5] As an embodiment of the present disclosure, in any one of [1] to [4],
The calculation device calculates the measurement value by weighting each of the signal detected in the ON period and the signal detected in the OFF period.
[6]本開示の一実施形態として、[5]において、
前記演算装置は、測定の対象物の変動による前記信号への影響が打ち消されるように前記重み付けを行う。
[6] As an embodiment of the present disclosure, in [5],
The arithmetic device performs the weighting so that the influence on the signal due to variation in the object to be measured is canceled out.
[7]本開示の一実施形態として、[1]から[6]のいずれかにおいて、
前記検出素子が受光素子であって、前記センサがNDIR方式のガスセンサであって、前記測定値が被検出ガスのガス濃度である。
[7] As an embodiment of the present disclosure, in any one of [1] to [6],
The detection element is a light receiving element, the sensor is an NDIR type gas sensor, and the measured value is a gas concentration of a gas to be detected.
[8]本開示の一実施形態として、[1]から[6]のいずれかにおいて、
前記検出素子がマイクであって、前記センサが光音響方式のガスセンサであって、前記測定値が被検出ガスのガス濃度である。
[8] As an embodiment of the present disclosure, in any one of [1] to [6],
The detection element is a microphone, the sensor is a photoacoustic gas sensor, and the measured value is the gas concentration of the gas to be detected.
[9]本開示の一実施形態として、[1]から[6]のいずれかにおいて、
前記検出素子が受光素子であって、前記センサが光脈波センサであって、前記測定値が脈波である。
[9] As an embodiment of the present disclosure, in any one of [1] to [6],
The detection element is a light receiving element, the sensor is an optical pulse wave sensor, and the measured value is a pulse wave.
[10]本開示の一実施形態として、[1]から[6]のいずれかにおいて、
前記検出素子が受光素子であって、前記センサが測距センサであって、前記測定値が対象物までの距離である。
[10] As an embodiment of the present disclosure, in any one of [1] to [6],
The detection element is a light receiving element, the sensor is a distance measuring sensor, and the measured value is a distance to an object.
[11]本開示の一実施形態として、[1]から[10]のいずれかにおいて、
前記ON区間と前記OFF区間の繰り返しの周期が1秒以下である。
[11] As an embodiment of the present disclosure, in any one of [1] to [10],
A repetition period of the ON section and the OFF section is 1 second or less.
[12]本開示の一実施形態として、[1]から[11]のいずれかにおいて、
前記ON区間と前記OFF区間との合計に対する前記ON区間の比であるデューティーは、前記複数のOFF区間の数をkとして、以下の式(a)で示される範囲内である。
The duty, which is the ratio of the ON interval to the sum of the ON interval and the OFF interval, is within the range expressed by the following formula (a), where k is the number of the plurality of OFF intervals.
[13]本開示の一実施形態として、[1]から[11]のいずれかにおいて、
前記ON区間と前記OFF区間との合計に対する前記ON区間の比であるデューティーは、前記複数のOFF区間の数をkとして、以下の式(b)で示される範囲内である。
The duty, which is the ratio of the ON interval to the sum of the ON interval and the OFF interval, is within the range expressed by the following formula (b), where k is the number of the plurality of OFF intervals.
本開示によれば、SNRを向上させたセンサシステムを提供することができる。 According to the present disclosure, a sensor system with improved SNR can be provided.
以下、図面を参照して本開示の一実施形態に係るセンサシステムが説明される。各図中、同一又は相当する部分には、同一符号が付されている。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。 Hereinafter, a sensor system according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts are given the same reference numerals. In the description of this embodiment, the description of the same or corresponding parts will be omitted or simplified as appropriate.
<センサシステム>
図1は、本実施形態に係るセンサシステム1の構成例を示す図である。センサシステム1は、発光素子11と、発光素子11から出射された光に基づく信号を検出する検出素子と、を有するセンサと、測定値を演算する演算装置20と、を備える。ここで、センサシステム1における検出素子及び測定値は限定されない。本実施形態において、検出素子が受光素子12であって、センサがNDIR方式のガスセンサ10であって、測定値が被検出ガスのガス濃度であるとして説明する。NDIR方式は、ガスの種類によって吸収される赤外線の波長が異なることを利用し、この吸収量を検出することによりガス濃度を測定する。測定対象のガスは例えばアルコール、二酸化炭素などであるが、これらに限定されない。本実施形態において、被検出ガスによって吸収された後の赤外線が、発光素子11から出射された光に基づく信号に対応する。
<Sensor system>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a
ここで、センサシステム1は以下のような構成であってよい。センサシステム1は、例えば検出素子がマイクであって、センサが光音響方式のガスセンサであって、測定値が被検出ガスのガス濃度であってよい。光音響方式は、光を吸収したガス分子の振動を高性能なマイクで音として拾うことでガス濃度を測定する。このとき、光を吸収したガス分子の振動が、発光素子11から出射された光に基づく信号に対応する。また、センサシステム1は、例えば検出素子が受光素子12であって、センサが光脈波センサであって、測定値が脈波であってよい。脈波は心臓が血液を送り出すことに伴い発生する、血管の容積変化を示す波形である。また、センサシステム1は、検出素子が受光素子12であって、センサが測距センサであって、測定値が対象物までの距離であってよい。測距センサは発光素子11から出射された光が反射して受光されるまでの時間などに基づいて距離を測定する。ここで、測距センサとして、対象物が接近したことを検出する近接センサが用いられてよい。このように、センサシステム1の構成は限定されないが、以下において、センサがNDIR方式のガスセンサ10であるとして説明する。
Here, the
<ガスセンサ>
本実施形態において、ガスセンサ10は、発光素子11と、受光素子12と、を有する。ガスセンサ10は、発光素子駆動部13と、記憶部15と、をさらに有してよい。
<Gas sensor>
In this embodiment, the
(発光素子)
発光素子11は、測定対象のガスによって吸収される波長を含む光を出力する。発光素子11は、具体的な例として、LED(light emitting diode)又はMEMS(micro electro mechanical systems)光源であってよい。本実施形態において、発光素子11は赤外線LEDである。
(Light emitting element)
The
ここで、赤外線の波長は2μm~12μmであってよい。2μm~12μmの領域は、各種ガスに固有の吸収帯が数多く存在し、ガスセンサ10に用いるのに特に適した波長帯である。例えば3.3μmの波長にメタン、4.3μmの波長に二酸化炭素、9.5μmの波長にアルコール(エタノール)の吸収帯が存在する。本実施形態において、被検出ガスはアルコールを含み、9.5μmを含む波長帯の赤外線が用いられる。
Here, the wavelength of the infrared rays may be 2 μm to 12 μm. The region of 2 μm to 12 μm has many absorption bands unique to various gases, and is a wavelength range particularly suitable for use in the
(受光素子)
受光素子12は、測定対象のガスによって吸収される波長を含む光の帯域に感度を有する。受光素子12は、具体的な例として、PIN構造を持ったフォトダイオードのような量子型センサであってよい。本実施形態において、受光素子12は量子型赤外線センサである。
(Light receiving element)
The
(発光素子駆動部)
発光素子駆動部13は、発光素子11に駆動信号を出力して、発光素子11を所定の明るさで発光させる。発光素子駆動部13は、例えば定電流駆動で発光素子11を発光させてよい。また、発光素子駆動部13は、記憶部15から取得する補正パラメータに基づいて、環境温度に応じて調整された駆動信号(駆動電圧)を生成し、温度補正された駆動信号を発光素子11に出力してよい。ここで、補正パラメータは、公知の温度補正の手法に基づいて生成されてよい。
(Light emitting element drive unit)
The light emitting
(記憶部)
記憶部15は、発光素子駆動部13の機能がソフトウェアによって実現される場合に、ガスセンサ10が備えるプロセッサを発光素子駆動部13として機能させるプログラムを記憶してよい。また、記憶部15は、発光素子駆動部13の駆動信号の生成に用いられる補正パラメータなどを記憶してよい。記憶部15は、1つ以上のメモリで構成されてよい。メモリは、例えば半導体メモリ、磁気メモリ、又は光メモリ等であるが、これらに限られず任意のメモリとすることができる。
(Storage part)
The
(モールド樹脂)
ガスセンサ10は、図2に示すように上記の構成部材が、光学部材とともにパッケージされた構成であってよい。ガスセンサ10は、発光素子11及び受光素子12の少なくとも1つがモールド樹脂で封止されている。図2の例では、発光素子11及び受光素子12が、記憶部15と、IC30とともに、モールド樹脂で封止されている。ここで、IC30は1つ以上のプロセッサを備え、本実施形態において発光素子駆動部13の機能を実現する。
(mold resin)
The
(導光部)
また、発光素子11から出射された光18を反射して受光素子12に入射させるように、反射部17が設けられている。つまり、本実施形態において、ガスセンサ10は、発光素子11から受光素子12まで光18を導く導光部として機能する反射部17を備える。図2の例において、反射部17は凹面鏡である。反射部17の反射面は、例えばアルミ及び金などの高い反射率を有する金属で構成されてよい。
(Light guide part)
Further, a reflecting section 17 is provided so as to reflect the light 18 emitted from the
(フィルタ)
図2に示すように、本実施形態において、ガスセンサ10は、発光素子11、受光素子12及び導光部の少なくとも1つに設けられて、光18の波長を制限するフィルタ16を備える。例えば、測定対象のガスがアルコール(エタノール)の場合、フィルタ16はエタノールによる赤外線吸収が多く生じる波長帯(代表的には9.5μm付近)の赤外線を通過させるバンドパスフィルタであってよい。
(filter)
As shown in FIG. 2, in this embodiment, the
(ダイオード構造)
本実施形態において、発光素子11は赤外線LEDである。また、本実施形態において、受光素子12は量子型赤外線センサである。発光素子11及び受光素子12の少なくとも1つが、材料としてインジウム及びガリウムの少なくとも1つ並びにヒ素及びアンチモンの少なくとも1つを含み、少なくともP型半導体とN型半導体の2種類の層からなるダイオード構造を有してよい。
(diode structure)
In this embodiment, the
<演算装置>
本実施形態において、演算装置20は、信号取得部21と、演算部22と、を有する。演算装置20は、演算を実行するプロセッサを備える装置などであってよく、例えばコンピュータによって実現されてよい。演算装置20がコンピュータである場合に、コンピュータが備える通信装置によってガスセンサ10からの信号が取得されて、コンピュータが有するCPU(central processing unit)などによってガス濃度が演算されてよい。別の例として、演算装置20は、ガスセンサ10のIC30によって実現されてよい。このとき、ガスセンサ10は、演算装置20を一体化した装置であって、単体でセンサシステム1を構成し得る。
<Arithmetic device>
In this embodiment, the
信号取得部21及び演算部22の機能はソフトウェアによって実現されてよい。例えば演算装置20が備えるプロセッサによってアクセス可能な記憶装置に、1つ以上のプログラムが記憶されていてよい。記憶装置に記憶されたプログラムは、演算装置20が備えるプロセッサによって読み込まれると、演算装置20を信号取得部21及び演算部22として機能させてよい。
The functions of the
(信号取得部)
信号取得部21は、少なくとも受光素子12から出力される検出信号と、発光素子11の駆動信号と、を取得する。信号取得部21は、取得した信号を演算部22に出力する。
(Signal acquisition section)
The
(演算部)
演算部22は、信号取得部21が取得した信号に基づいてガス濃度を演算する。演算部22は、例えば受光素子12の検出信号から測定対象のガスによって吸収される波長の光の受光量を演算し、測定対象のガスが存在しない場合の受光量と比較することによって、ガス濃度を演算できる。また、演算部22は、以下に説明するSNR向上のための演算処理を実行する。
(calculation section)
The
(演算処理)
ここで、発光素子11は、発光素子駆動部13からの駆動信号に従って、所定時間だけ光を出射して、光を出射しない期間を経て、再び所定時間だけ光を出射する。図3は、発光素子駆動部13から出力される駆動信号と、受光素子12から出力される検出信号のタイミングを例示する図である。図3に示すように、駆動信号に従ってON区間と、OFF区間とが定められる。ON区間は、発光素子11が光を出射する区間である。また、OFF区間は、発光素子11が光を出射しない区間である。本実施形態において、発光素子11の動作中に、ON区間とOFF区間とが周期Tで繰り返される。図3の例において周期Tは200msであるが、特定の値に限定されない。また、ON区間とOFF区間は、図3の例のように異なる期間であってよいし、同じ期間(例えばそれぞれ100ms)であってよい。ON区間、OFF区間は、図において単にON、OFFと表記されることがある。また、図3の例において、駆動信号及び検出信号は、最大値を1として正規化されて示されている。検出信号について、0.5を基準として、積分区間ION及び積分区間IOFFが定められる。積分区間IONにおいて検出信号が積分されて、発光素子11が発光している場合における受光量が演算される。また、積分区間IOFFにおいて検出信号が積分されて、発光素子11が発光していない場合における受光量が演算される。検出信号の過渡応答による誤差Rについては後述する。
(arithmetic processing)
Here, the
ここで、センサシステム1におけるノイズを低減させることによって、SNRを向上させることができる。ノイズとして、例えば暗電流が挙げられる。暗電流の影響によって、OFF区間においても受光量はゼロにならない。従来、暗電流の影響を除くために、周期TにおいてOFF区間における受光量を基準信号とし、ON区間における受光量をデータ信号として、データ信号と基準信号との差を演算する相関二重サンプリング(CDS:correlated double sampling)が行われることがあった。ただし、暗電流の瞬間的な変化もあり、従来手法ではSNRの向上に限界がある。本実施形態に係るセンサシステム1は、ON区間において検出された信号と、複数のOFF区間において検出された信号と、を用いて、1つの測定値を演算することによって、従来技術よりもSNRを向上させることができる。
Here, by reducing noise in the
図4は、OFF区間データ数に応じて使用されるON区間とOFF区間とを例示する図である。OFF区間データ数が1の場合は、従来の相関二重サンプリングに対応する。本実施形態において、演算装置20は、OFF区間データ数を2以上として、それらのOFF区間における受光量について移動平均を演算し、ON区間の受光量と演算した移動平均の値との差を演算する。例えばNDIR方式のガスセンサ10が車両に搭載されてアルコールを測定するような場合に、ユーザが息を吹きかけた時に測定される必要があるため、ON区間については早い応答性が求められる。一方、OFF区間は測定が実行されない期間であるため、早い応答性も求められず、タイミングの異なる複数のOFF区間を平均化してノイズの瞬間的な変化の影響を除くことが可能である。
FIG. 4 is a diagram illustrating ON intervals and OFF intervals used according to the number of OFF interval data. When the number of OFF interval data is 1, it corresponds to conventional correlated double sampling. In this embodiment, the
ここで、図4において周期Tに付された数値は、ON区間における受光量が演算に用いられる周期Tを基準(0)として、基準より前を負で、基準より後を正で示す。図4の例において、演算装置20は、ON区間の前後の複数のOFF区間において検出された信号を用いて、測定値を演算する。ただし、演算装置20は、ON区間の前の複数のOFF区間又はON区間の後の複数のOFF区間を用いて、演算を行ってよい。また、図4の例において、ON区間の前のOFF区間の数は、ON区間の後のOFF区間の数と同じである。暗電流などのノイズはON区間の前後でほぼ線形に変化することも多い。そのため、ON区間の前後の複数のOFF区間を用いることによって、ノイズのほぼ線形に変化する分を打ち消して、ON区間の時点におけるノイズをより正確に演算することができる。さらに、ON区間の前後でOFF区間を同数とすることによって、上記の線形変化分を打ち消す効果を高めることができる。
Here, the numerical value attached to the period T in FIG. 4 is expressed as a negative value before the reference and a positive value after the reference, with the period T used for calculation of the amount of light received in the ON period as a reference (0). In the example of FIG. 4, the
上記のように、ON区間とOFF区間とは任意に決定されるが、ON区間とOFF区間との合計(周期T)に対するON区間の比であるデューティー(duty)はSNRの向上に影響する。また、演算装置20が1つの測定値を演算するのに用いるOFF区間の数(OFF区間データ数)はSNRの向上に影響する。まず、デューティーは下記の式(1)で示される。
As described above, the ON period and the OFF period are arbitrarily determined, but the duty, which is the ratio of the ON period to the sum of the ON period and the OFF period (period T), affects the improvement of the SNR. Furthermore, the number of OFF sections (the number of OFF section data) used by the
ここで、「m」はON区間の期間である。また、「n」はOFF区間の期間である。例えばON区間とOFF区間がそれぞれ100msであれば、デューティーは50%である。 Here, "m" is the period of the ON section. Further, "n" is the period of the OFF section. For example, if the ON period and the OFF period are each 100 ms, the duty is 50%.
また、相対的にSNRを比較するパラメータであるPSNRは下記の式(2)で示される。PSNRの値が大きいほど、SNRが向上することを示す。 Further, P SNR, which is a parameter for relatively comparing SNR, is expressed by the following equation (2). A larger value of P SNR indicates that the SNR is improved.
ここで、「k」はOFF区間の数である。例えばOFF区間データ数が10の場合に(図4参照)、「k」は10になる。また、周期Tは、下記の式(3)で示される。 Here, "k" is the number of OFF sections. For example, when the number of OFF section data is 10 (see FIG. 4), "k" is 10. Further, the period T is expressed by the following equation (3).
式(1)、式(2)及び式(3)より、PSNRは下記の式(4)で示すこともできる。 From equations (1), (2), and (3), the P SNR can also be expressed by the following equation (4).
ここで、周期Tが定数の場合に、PSNRが最大となるデューティーは、k≧2として下記の式(5)で示される。 Here, when the period T is a constant, the duty at which the P SNR is maximum is expressed by the following equation (5) with k≧2.
このとき、PSNRの最大値PSNR_MAXは下記の式(6)で示される。ここで、周期Tは定数である。 At this time, the maximum value P SNR_MAX of P SNR is expressed by the following equation (6). Here, the period T is a constant.
また、k=1のときのPSNRが最大となるデューティーは1/2で50%である。このとき、PSNRの最大値は√T/2である。OFF区間データ数を2以上にすることにより、OFF区間数が1の場合よりもSNRの向上に影響する。SNRが式(4)で示される場合に、√T/2(OFF区間データ数が1のときのSNRの最大値)より向上するデューティーは下記の式(7)で示される範囲である。 Further, the duty at which the P SNR is maximum when k=1 is 1/2, which is 50%. At this time, the maximum value of P SNR is √T/2. Setting the number of OFF section data to two or more has a greater effect on improving the SNR than when the number of OFF sections is one. When the SNR is expressed by Equation (4), the duty that improves from √T/2 (the maximum value of SNR when the number of OFF section data is 1) is within the range expressed by Equation (7) below.
図5は、デューティー毎に、OFF区間データ数に対するPSNRの値の変化を示す。図5に示すように、例えばOFF区間データ数が10の場合に、デューティーが50%を超えても、デューティーが50%の場合よりもSNRが向上する。デューティーが50%を超えることは、1つの周期Tで見ると、OFF区間での検出時間がON区間よりも短くなり、OFF区間のデータの精度が相対的に低下することにつながる。しかし、本実施形態において、OFF区間のデータは、複数のOFF区間の平均として与えられるため、十分なデータ精度を確保することができる。そして、OFF区間データ数が10の場合には、1つの周期TにおいてOFF区間での検出時間がON区間よりも短くても、デューティーが50%の場合よりもSNRが向上する。 FIG. 5 shows changes in the P SNR value with respect to the number of OFF section data for each duty. As shown in FIG. 5, for example, when the number of OFF section data is 10, even if the duty exceeds 50%, the SNR is improved more than when the duty is 50%. When the duty exceeds 50%, the detection time in the OFF period becomes shorter than that in the ON period in one cycle T, leading to a relative decrease in the accuracy of data in the OFF period. However, in this embodiment, the data of the OFF interval is given as the average of a plurality of OFF intervals, so sufficient data accuracy can be ensured. When the number of OFF section data is 10, even if the detection time in the OFF section is shorter than the ON section in one cycle T, the SNR is improved compared to when the duty is 50%.
ここで、図5に示すように、OFF区間データ数が10未満であっても、適切なデューティーとすることによって、デューティーが50%の場合よりもSNRを向上させることができる。例えばOFF区間データ数が4の場合に、デューティーを60%又は70%とすることによって、SNRを向上させることができる。例えば演算装置20が、ON区間の前後のOFF区間を用いて測定値を演算する場合に、OFF区間データ数が多くなると、ON区間のデータを取得してから演算完了まで時間がかかる。つまり、ON区間の後で得られるOFF区間のデータを待つ時間が生じる。そのため、センサシステム1は、要求される測定値出力までの時間、要求されるSNR向上などに基づいて、デューティーなどを調整することが好ましい。
Here, as shown in FIG. 5, even if the number of OFF interval data is less than 10, by setting an appropriate duty, the SNR can be improved more than when the duty is 50%. For example, when the number of OFF section data is 4, the SNR can be improved by setting the duty to 60% or 70%. For example, when the
OFF区間データ数が2以上でSNRが式(4)で示される場合に、デューティーが50%の場合よりもSNRが向上するデューティーの範囲は下記の式(8)で示される。SNR向上の観点から、デューティーは式(8)の範囲であることが好ましい。 When the number of OFF section data is 2 or more and the SNR is expressed by equation (4), the duty range in which the SNR is improved more than when the duty is 50% is expressed by equation (8) below. From the viewpoint of improving the SNR, the duty is preferably within the range of formula (8).
ここで、演算装置20は、ON区間において検出された信号及びOFF区間において検出された信号のそれぞれに、重み付けを行って測定値を演算してよい。図3に示すように、積分区間IONはON区間と一致せずにずれを生じる。また、積分区間IOFFはOFF区間と一致せずにずれを生じる。ずれは、検出信号の過渡応答で生じ、測定の対象物(本実施形態において被検出ガス)の変動に影響される。図3に示される誤差Rは、測定の対象物の変動による検出信号への影響を示す。誤差Rは、ON区間の検出信号が測定の対象物の変動の影響でOFF区間にシフトされて生じている。つまり、誤差Rの分の受光量は、OFF区間でなくON区間でカウントされるべきである。演算装置20は、このような誤差Rが打ち消されるように、重み付けを行って測定値を演算することが好ましい。
Here, the
一例として、デューティーが70%あって、OFF区間データ数が8であるとする。図6の上図は、演算装置20が実行した初期の重み付けを示す。重み付けによって暗電流が打ち消されるようにする必要があるため、ON区間では正の値、OFF区間では負の値が用いられる。演算装置20は、1つのON区間において検出された信号に対する重み付けを+1としている。また、演算装置20は、8つのOFF区間において検出された信号のそれぞれに対する重み付けを、デューティーが70%の場合の重みづけ70/30(2.333)の負の値を8で割った-0.292としている。ここで、図3に示される誤差Rは、ON区間とOFF区間の受光量の積分値に対して9.6%であるとする。演算装置20は、誤差Rについての調整をさらに行う。演算装置20は、図6の下図のように、ON区間における重み付けを、初期の状態から合計で9.6%増加するように調整する。具体的に述べると、演算装置20は、8つのON区間の信号のそれぞれに対して、+0.012の重み付けを追加する。また、8つのOFF区間について、1つのOFF区間当たりの誤差Rは1.2%である。演算装置20は、8つのOFF区間それぞれに-2.333の1.2%である-0.028の重みづけを追加して調整する。つまり、8つのOFF区間の信号のそれぞれで-0.292に対して、-0.028の重み付けの調整を行い、-0.320としている。このように、演算装置20は、測定の対象物の変動の影響(誤差R)を、合計でゼロになるように、ON区間の重み付け及びOFF区間の重み付けを調整することによって、さらにSNRを向上させることができる。
As an example, assume that the duty is 70% and the number of OFF section data is 8. The upper diagram in FIG. 6 shows the initial weighting performed by the
以上のように、本実施形態に係るセンサシステム1は、上記の構成によって、SNRを向上させることができる。
As described above, the
本開示の実施形態について、諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形又は修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形又は修正は本開示の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部などに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。本開示に係る実施形態は装置が備えるプロセッサにより実行されるプログラム又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものである。本開示の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。 Although the embodiments of the present disclosure have been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various changes or modifications based on the present disclosure. It should therefore be noted that these variations or modifications are included within the scope of this disclosure. For example, functions included in each component can be rearranged so as not to be logically contradictory, and a plurality of components can be combined into one or divided. Embodiments according to the present disclosure can also be realized as a program executed by a processor included in the device or a storage medium recording the program. It is to be understood that these are also encompassed within the scope of the present disclosure.
1 センサシステム
10 ガスセンサ
11 発光素子
12 受光素子
13 発光素子駆動部
15 記憶部
16 フィルタ
17 反射部
18 光
20 演算装置
21 信号取得部
22 演算部
30 IC
1
Claims (13)
前記発光素子が光を出射する区間をON区間、前記発光素子が光を出射しない区間をOFF区間として、前記ON区間において検出された前記信号と、複数の前記OFF区間において検出された前記信号と、を用いて、1つの測定値を演算する演算装置と、を備える、センサシステム。 A sensor including a light emitting element and a detection element that detects a signal based on light emitted from the light emitting element;
The signal detected in the ON period and the signal detected in the plurality of OFF periods, where a period in which the light emitting element emits light is an ON period, and a period in which the light emitting element does not emit light is an OFF period. A sensor system comprising: an arithmetic device that calculates one measurement value using the .
Priority Applications (2)
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JP2022039618 | 2022-03-14 |
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2023
- 2023-02-13 JP JP2023020270A patent/JP2023134369A/en active Pending
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