JP3196943B2 - Gas detector - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の利用分野】この発明は基準値を用いたガスの検
出装置に関し、特に空気清浄器の制御や自動車の外気導
入制御、口臭の検出、オゾン発生機の制御等に適したも
のである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas detecting apparatus using a reference value, and is particularly suitable for controlling an air purifier, controlling the introduction of outside air of a car, detecting bad breath, controlling an ozone generator, and the like.
【０００２】[0002]
【用語法】この明細書では、ガスセンサの信号は検出対
象ガスの濃度の増加により増加するものとして示した
が、これは説明の便宜のために過ぎず、ガス濃度の増加
によって減少する信号を用いても良い。Terminology In this specification, the signal of the gas sensor is shown to increase with an increase in the concentration of the gas to be detected, but this is only for convenience of explanation, and a signal that decreases with an increase in the gas concentration is used. May be.
【０００３】[0003]
【従来技術】金属酸化物半導体ガスセンサの信号から基
準値を学習し、センサの信号を基準値で規格化してガス
を検出することが知られている。このようにすると、
(1) 個別のセンサ毎の設定が不要になり、(2) バック
グラウンドの湿度や気温、バックグラウンドのガス濃
度、等の影響を基準値での規格化で除去できる。基準値
での規格化は、空気清浄器の制御や自動車の外気導入制
御、口臭の検出、オゾン発生機の制御等に用いられてい
る。例えば口臭の検出では、呼気の吹き込み前のセンサ
信号を基準値とし、オゾン発生機の制御ではオゾン発生
前の信号を基準値とする。2. Description of the Related Art It is known that a reference value is learned from a signal of a metal oxide semiconductor gas sensor, and a gas is detected by normalizing the signal of the sensor with the reference value. This way,
(1) The setting for each individual sensor becomes unnecessary, and (2) the influence of the background humidity and temperature, the background gas concentration, and the like can be eliminated by standardizing the reference value. The standardization with the reference value is used for control of an air purifier, control of introduction of outside air of a car, detection of bad breath, control of an ozone generator, and the like. For example, in detection of bad breath, a sensor signal before inhalation of breath is used as a reference value, and in control of an ozone generator, a signal before ozone is generated is used as a reference value.
【０００４】基準値を用いたガスの検出は空調の制御で
最も集中的に研究され、基準値のサンプリングには以下
のようなものが知られている。 (1) センサ信号の包絡線を求め、基準値とする。包絡
線の検出では、センサ信号が基準値よりも大きければ基
準値を増加させ、センサ信号が基準値よりも小さければ
基準値を小さくする（特公平３−１４，１３３号公
報）。 (2) 単純に所定の時間毎にセンサ信号をサンプリング
し、そのまま基準値とする。例えば１分毎にセンサ信号
を基準値に読み込む（実公昭５８−３９，２１９号公
報）。 (3) 所定の区間、例えば８分間や２０分間での、セン
サ信号の最小値を基準値とする（特開昭６３−２２９，
１１７号公報）。 (4) センサ信号のヒストグラムを求め、ヒストグラム
のピークを基準値とする（特開平１−２９２，２４２号
公報）。 (5) 夜間等のセンサ信号の定常値を、ガスの無い清浄
空気での基準値とする（特開平４−１６４，２９２号公
報）。 またこれ以外に、区間という概念を設けず、ガスセンサ
信号の最小値をそのまま基準値とすることも公知であ
る。さらに金属酸化物半導体ガスセンサの信号が、ガス
濃度の１／ｎ乗に、（ｎの絶対値は一般に１よりも大き
い。）、近似的に比例することも公知である。The detection of gas using the reference value is most intensively studied in the control of air conditioning, and the following is known as the sampling of the reference value. (1) Find the envelope of the sensor signal and use it as the reference value. In the detection of the envelope, if the sensor signal is larger than the reference value, the reference value is increased, and if the sensor signal is smaller than the reference value, the reference value is reduced (Japanese Patent Publication No. 3-14,133). (2) The sensor signal is simply sampled at predetermined time intervals and used as a reference value as it is. For example, a sensor signal is read into a reference value every minute (Japanese Utility Model Publication No. 58-39,219). (3) The minimum value of the sensor signal in a predetermined section, for example, 8 minutes or 20 minutes is set as a reference value (Japanese Patent Laid-Open No. 63-229,
117 publication). (4) A histogram of the sensor signal is obtained, and the peak of the histogram is used as a reference value (Japanese Patent Laid-Open No. 1-292,242). (5) A steady value of a sensor signal at night or the like is used as a reference value in clean air without gas (Japanese Patent Laid-Open No. 4-164292). It is also known that the concept of a section is not provided, and the minimum value of the gas sensor signal is used as it is as the reference value. It is also known that the signal of the metal oxide semiconductor gas sensor is approximately proportional to the 1 / nth power of the gas concentration (the absolute value of n is generally greater than 1).
【０００５】基準値を用いたガスの検出では、ガス濃度
に比例した、言い替えるとガス濃度にリニアな信号が得
られない。ガスセンサの信号はガス濃度の１／ｎ乗に比
例するので、元々リニアではない。これを基準値で規格
化した信号もガス濃度にリニアではなく、バックグラウ
ンドのガス濃度等の影響を受け、バックグラウンドのガ
ス濃度が高い程、小さな出力となる。例えば口臭の場
合、歯科医院等で溶剤等のためにバックグラウンドのガ
ス濃度が増加すると、検出信号が減少する。またオゾン
発生機の制御の場合、空気中の自然オゾンやＮＯｘのた
めに、オゾンの検出信号が減少する。空調の場合には問
題はさらに深刻である。例えば喫煙による煙の除去を目
的とした空気清浄器の制御の場合、喫煙を繰り返すと室
内にガスが蓄積し、２本目，３本目と喫煙本数が増える
程、喫煙への検出感度が低下する。自動車の外気導入制
御の場合、市街地の高速道路等の空気の汚れた区間で
は、検出感度が低下する。In the detection of gas using a reference value, a signal proportional to the gas concentration, in other words, a signal linear to the gas concentration cannot be obtained. Since the signal of the gas sensor is proportional to the 1 / nth power of the gas concentration, it is not linear in nature. The signal obtained by normalizing the signal with the reference value is not linear in the gas concentration, but is affected by the background gas concentration and the like. The higher the background gas concentration, the smaller the output. For example, in the case of bad breath, when the background gas concentration increases due to a solvent or the like in a dental clinic or the like, the detection signal decreases. In the case of controlling the ozone generator, the detection signal of ozone decreases due to natural ozone and NOx in the air. The problem is even more acute in the case of air conditioning. For example, in the case of controlling an air purifier for the purpose of removing smoke due to smoking, if smoking is repeated, gas accumulates in the room, and as the number of second and third smokers increases, the detection sensitivity to smoking decreases. In the case of the outside air introduction control of an automobile, the detection sensitivity is reduced in a section where the air is dirty such as a highway in an urban area.
【０００６】空気清浄機や自動車の外気導入制御等の空
調制御の場合、これ以外に検出速度を速めたいという要
求がある。また煙の除去用の空気清浄器の制御の場合、
ガスセンサでは煙の除去を検出できないので、煙が無く
なったことに対する空気清浄器のフィードバック制御が
できないという問題がある。[0006] In the case of air-conditioning control such as air purifier or external air introduction control of a car, there is another demand to increase the detection speed. In the case of controlling an air purifier for removing smoke,
Since the removal of smoke cannot be detected by the gas sensor, there is a problem that feedback control of the air purifier for the disappearance of smoke cannot be performed.
【０００７】[0007]
【発明の課題】この発明の基本的課題は、バックグラウ
ンドのガス濃度が高い場合も低い場合も、正確にガスを
検出することにある（請求項１，２）。この発明の他の
課題は、ガス濃度に比例した信号を得ることにある（請
求項２）。A basic object of the present invention is to accurately detect gas regardless of whether the background gas concentration is high or low. Another object of the present invention is to obtain a signal proportional to the gas concentration (claim 2).
【０００８】[0008]
【発明の構成】この発明のガス検出装置は、金属酸化物
半導体ガスセンサの信号を、該ガスセンサの信号を学習
して定めた基準値で規格化して、ガスを検出するように
したガス検出装置において、長い時定数の基準値を学習
するための手段と、短い時定数の基準値を学習するため
の手段とを設けるとともに、ガスセンサ信号と長い時定
数の基準値と短い時定数の基準値とからガスを検出する
ための手段を設けたことを特徴とする。ガスセンサ信号
と長い時定数の基準値と短い時定数の基準値でガスを検
出するには、例えばガスセンサ信号を長い時定数の基準
値で除算する。同様に短い時定数の基準値を長い時定数
の基準値で除算する。次いで例えばこれらの差を求めれ
ばよい。The gas detecting apparatus according to the present invention is a gas detecting apparatus which detects a gas by standardizing a signal of a metal oxide semiconductor gas sensor by a reference value determined by learning a signal of the gas sensor. A means for learning the reference value of the long time constant and a means for learning the reference value of the short time constant are provided, and the gas sensor signal and the reference value of the long time constant and the reference value of the short time constant are provided. It is characterized in that means for detecting gas is provided. In order to detect gas using the gas sensor signal, the reference value of the long time constant, and the reference value of the short time constant, for example, the gas sensor signal is divided by the reference value of the long time constant. Similarly, the reference value of the short time constant is divided by the reference value of the long time constant. Then, for example, these differences may be obtained.
【０００９】この発明のガス検出装置は、金属酸化物半
導体ガスセンサの信号を、該ガスセンサの信号を学習し
て定めた基準値で規格化して、ガスを検出するようにし
たガス検出装置において、長い時定数の基準値を学習す
るための手段と、短い時定数の基準値を学習するための
手段とを設けるとともに、ガスセンサ信号を長い時定数
の基準値で規格化してｎ乗した信号と、短い時定数の基
準値を長い時定数の基準値で規格化してｎ乗した信号と
を求め、（｜ｎ｜＞１）、これらの信号の差からガスを
検出するための手段を設けたことを特徴とする。The gas detecting device of the present invention is a gas detecting device which detects a gas by standardizing a signal of a metal oxide semiconductor gas sensor with a reference value determined by learning the signal of the gas sensor. Means for learning the reference value of the time constant and means for learning the reference value of the short time constant are provided, and a signal obtained by normalizing the gas sensor signal with the reference value of the long time constant to the nth power, A signal obtained by normalizing the reference value of the time constant with the reference value of the long time constant to obtain the signal raised to the n-th power (| n |> 1), and providing means for detecting gas from the difference between these signals. Features.
【００１０】[0010]
【発明の作用】長い時定数の基準値は、過去の長い期間
の間のセンサ信号を反映したもので、バックグラウンド
の汚染のない状態での基準値を検出するのに適してい
る。そこで長い時定数の基準値を短い時定数の基準値や
現在のガスセンサ信号と組み合わせると、正確にガスを
検出できる。例えば長い時定数の基準値と現在のガスセ
ンサ信号を組み合わせると、現在のガス濃度を知ること
ができる。同様に短い時定数の基準値と長い時定数の基
準値とを組み合わせると、短い時定数の基準値自体がど
の程度汚染した雰囲気に対応するのかを知ることができ
る。そこでこれらの３者から、現在のガス濃度の程度
と、比較的短時間でのガス濃度の変化とを知ることがで
きる。The reference value of the long time constant reflects the sensor signal during a long period in the past, and is suitable for detecting the reference value in a state where there is no background contamination. Therefore, when a long time constant reference value is combined with a short time constant reference value or a current gas sensor signal, gas can be accurately detected. For example, by combining a long time constant reference value and a current gas sensor signal, the current gas concentration can be known. Similarly, when the reference value of the short time constant is combined with the reference value of the long time constant, it is possible to know how much the reference value of the short time constant corresponds to the polluted atmosphere. Therefore, from these three persons, the current degree of the gas concentration and the change in the gas concentration in a relatively short time can be known.
【００１１】ガスセンサの信号はガス濃度の１／ｎ乗に
比例するので、これをｎ乗すればほぼガス濃度に比例し
た信号が得られる。ここでほぼ比例というのは、ｎの値
自体が僅かにガス濃度に比例する、あるいはセンサ毎に
ｎの値が異なるためである。短い時定数の基準値を求め
これをｎ乗して、センサ信号の現在値のｎ乗から引く
と、短い時定数の基準値をサンプリングした時点から現
在までの、ガス濃度の変化に比例した信号となる。これ
でガス濃度にリニアな信号が得られる。次にこれを規格
化するため、長い時定数の基準値を求め、これをｎ乗し
て前記の信号を除算する。ここで長い時定数を用いるの
は、バックグラウンドのガス濃度の影響をなるべく小さ
くするためである。得られる信号は、短い時定数の基準
値が表すバックグラウンドのガス濃度を原点とするガス
濃度の変化である。Since the signal of the gas sensor is proportional to the 1 / nth power of the gas concentration, if this signal is raised to the nth power, a signal substantially proportional to the gas concentration can be obtained. Here, the term “approximately proportional” means that the value of n itself is slightly proportional to the gas concentration, or the value of n differs for each sensor. When a reference value of a short time constant is obtained and raised to the nth power and subtracted from the nth power of the current value of the sensor signal, a signal proportional to a change in gas concentration from the time when the reference value of the short time constant is sampled to the present time. Becomes This gives a signal that is linear in gas concentration. Next, in order to normalize this, a reference value of a long time constant is obtained, raised to the nth power, and the signal is divided. The reason why the long time constant is used here is to minimize the influence of the background gas concentration. The resulting signal is a change in gas concentration with the background gas concentration represented by the short time constant reference value as the origin.
【００１２】[0012]
【発明の効果】この発明では、ガスセンサ信号と長い時
定数の基準値と短い時定数の基準値とを組み合わせるの
で、短い時定数の基準値とガスセンサ信号との組み合わ
せから、短時間でのガス濃度の増加を検出することがで
きる。そしてこれを長い時定数の基準値で補正すること
により、バックグラウンドのガス濃度が高い場合も低い
場合も同様に検出することができる。この発明では、ガ
ス濃度に比例した信号が得られ、検出に定量性を持たせ
ることができる（請求項２）。この結果、バックグラウ
ンドの汚染にかかわらず、同じ感度でガスを検出でき
る。このことは空気清浄器の制御の場合、１本目の喫煙
も、２本目以降の喫煙も、同じ感度で検出できることを
意味する。また検出に定量性が得られることは、空気清
浄器の制御の場合、発生したガスの量から発生した煙の
量を検出し、発生した煙の量に応じた空気清浄器の制御
ができることを意味する。According to the present invention, since the gas sensor signal is combined with the reference value of the long time constant and the reference value of the short time constant, the gas concentration in a short time is determined from the combination of the reference value of the short time constant and the gas sensor signal. Can be detected. By correcting this with a long time constant reference value, it is possible to similarly detect whether the background gas concentration is high or low. According to the present invention, a signal proportional to the gas concentration can be obtained, and the detection can be made quantitative (claim 2). As a result, gas can be detected with the same sensitivity regardless of background contamination. This means that in the case of controlling the air purifier, the first smoking and the second and subsequent smoking can be detected with the same sensitivity. The ability to obtain quantitative detection means that in the case of air purifier control, it is possible to detect the amount of generated smoke from the amount of generated gas and control the air purifier in accordance with the amount of generated smoke. means.
【００１３】[0013]
【実施例】図１に、自動車用の空気清浄器の制御装置に
ついて、実施例の要部を示す。図において２は金属酸化
物半導体ガスセンサで、４はそのヒータ、６はその金属
酸化物半導体である。金属酸化物半導体６には、例えば
ＳｎＯ2，ＷＯ3，Ｉｎ2Ｏ3等のものを用いれば良い。８
は負荷抵抗、１０はバッテリー等の電源である。１２は
信号処理用のマイクロコンピュータ、１４はＡＤコンバ
ータ、１６はセンサ信号の現在値を記憶するためのメモ
リ、１８は長い時定数の基準値Ｖｌを記憶するためのメ
モリ、２０は短い時定数の基準値Ｖｓを記憶するための
メモリ、２１はタイマである。FIG. 1 shows a main part of an embodiment of a control device of an air purifier for an automobile. In the figure, 2 is a metal oxide semiconductor gas sensor, 4 is its heater, and 6 is its metal oxide semiconductor. The metal oxide semiconductor 6 may be, for example, SnO2, WO3, In2O3, or the like. 8
Is a load resistance, and 10 is a power supply such as a battery. 12 is a microcomputer for signal processing, 14 is an AD converter, 16 is a memory for storing the current value of the sensor signal, 18 is a memory for storing a reference value Vl having a long time constant, and 20 is a memory for storing a reference value Vl having a long time constant. A memory for storing the reference value Vs, and 21 is a timer.
【００１４】２２は空気清浄器で、喫煙に伴う煙を除去
するが、ガスを除去する能力はないものとする。２４は
データの保持用の補助電源で電池等を用い、電源１０が
オフすると、マイクロコンピュータ１２をデータ保持モ
ードに置き、メモリ１８のデータを保持するものとす
る。Reference numeral 22 denotes an air purifier, which removes smoke accompanying smoking but has no ability to remove gas. Reference numeral 24 denotes an auxiliary power supply for holding data, which uses a battery or the like. When the power supply 10 is turned off, the microcomputer 12 is placed in a data holding mode and holds data in the memory 18.
【００１５】実施例では、例えば５秒毎にセンサ信号の
現在値Ｖをメモリ１６に読み込むものとする。このため
に例えば１秒毎にセンサ信号をサンプリングし、これを
５回平均化して、現在値Ｖとする。次に短い時定数の基
準値Ｖｓは、例えば過去３０秒〜１０分程度の間のセン
サ信号を反映したものとする。また長い基準値Ｖｌは、
例えば過去２０分以上のセンサ信号を反映したものと
し、長い時間の間のセンサ信号を反映したものであれば
あるほど好ましい。実施例のように補助電源２４を設け
る場合には、長い時定数の基準値Ｖｌは例えば１０日や
１年等の極めて長い期間のセンサ信号から学習して求め
ることもできる。基準値Ｖｓ，Ｖｌの学習の手法は任意
であるが、ここではセンサ信号Ｖが基準値Ｖｓ，Ｖｌよ
りも高ければ、基準値Ｖｓ，Ｖｌを高めに修正し、セン
サ信号Ｖが基準値Ｖｓ，Ｖｌよりも低ければ基準値Ｖ
ｓ，Ｖｌを低めに修正する。また基準値ＶｓとＶｌとの
修正速度を変え、長い時定数の基準値Ｖｌはゆっくりと
修正するようにした。短い時定数の基準値Ｖｓの学習に
好ましいものには、実施例で用いたもの以外に、例えば
３０秒や１分等の区間毎にセンサ信号Ｖをそのまま読み
込み基準値Ｖｓとする、あるいは過去３０秒あるいは１
分等の区間でのセンサ信号Ｖの最小値を基準値Ｖｓとす
るもの等がある。また長い時定数の基準値Ｖｌのサンプ
リングに好ましいものには、実施例で示したもの以外
に、例えばセンサ信号Ｖのヒストグラムを求め、ヒスト
グラムのピークを長い時定数の基準値Ｖｌとするもの、
あるいは夜間等にはガスの発生がなく、清浄空気中に対
するガスセンサ信号が得られることを利用し、数時間程
度の時間でのセンサ信号の定常値を基準値Ｖｌとするも
の等がある。In the embodiment, the current value V of the sensor signal is read into the memory 16 every 5 seconds, for example. For this purpose, the sensor signal is sampled every second, for example, and averaged five times to obtain a current value V. The next short time constant reference value Vs is assumed to reflect, for example, a sensor signal during the past 30 seconds to about 10 minutes. The long reference value Vl is
For example, it is preferable to reflect the sensor signal of the past 20 minutes or more, and it is more preferable to reflect the sensor signal for a long time. When the auxiliary power supply 24 is provided as in the embodiment, the reference value Vl of the long time constant can be obtained by learning from the sensor signal for an extremely long period such as 10 days or 1 year. The method of learning the reference values Vs and Vl is arbitrary. In this case, if the sensor signal V is higher than the reference values Vs and Vl, the reference values Vs and Vl are corrected to be higher, and the sensor signal V becomes higher than the reference values Vs and Vl. If it is lower than Vl, the reference value V
Correct s and Vl to be lower. The correction speed of the reference values Vs and Vl is changed so that the reference value Vl having a long time constant is corrected slowly. For the purpose of learning the reference value Vs having a short time constant, in addition to those used in the embodiment, for example, the sensor signal V is directly read for each section such as 30 seconds or 1 minute, and is used as the reference value Vs. Seconds or 1
In some cases, the minimum value of the sensor signal V in an interval such as minutes is used as the reference value Vs. In addition, in addition to those shown in the embodiment, for example, a histogram of the sensor signal V is obtained, and a peak of the histogram is set as the reference value Vl of the long time constant.
Alternatively, there is a method in which a steady value of a sensor signal in several hours is used as a reference value Vl by utilizing the fact that no gas is generated at night or the like and a gas sensor signal for clean air is obtained.
【００１６】図２に、実施例の動作を示す。電源１０を
投入すると、例えば２分間待機し、センサ信号Ｖを読み
込む。読み込んだセンサ信号Ｖを基準値Ｖｌ，Ｖｓの初
期値とする。FIG. 2 shows the operation of the embodiment. When the power supply 10 is turned on, for example, the apparatus waits for 2 minutes and reads the sensor signal V. The read sensor signal V is set as the initial value of the reference values Vl and Vs.
【００１７】初期化が終了すると、５秒毎にセンサ信号
Ｖを読み込み、メモリ１６に記憶させる。次に（Ｖ3−
Ｖｓ3）／Ｖｌ3を演算し、これをＦとする。Ｆは短い時
定数の基準値Ｖｓのサンプリング時点に対するガス濃度
の増加に比例し、長い時定数の基準値Ｖｌで規格化した
ものである。喫煙を検出する場合、一本の煙草を吸い終
る毎に、Ｆの値は例えば１．７〜１．９程度となるの
で、煙草の１／３本を吸い終った時点を検出の目標とす
る。このためＦが０．６以上で喫煙があるものとし、空
気清浄器２２を動作させる。喫煙がない場合、例えば３
０秒毎に短い基準値Ｖｓを修正する。修正は、センサ信
号Ｖが基準値Ｖｓよりも大きい場合、基準値Ｖｓを３．
１２５％加算する。逆にセンサ信号Ｖが基準値Ｖｓより
も小さい場合、基準値Ｖｓを３．１２５％減算する。Ｖ
ｓのサンプリングは、喫煙直前での平均的なガス濃度を
求めるためのものであり、センサ信号のピークやボトム
でなく、センサ信号の平均的な値を反映するようにし
た。長い時定数の基準値Ｖｌは例えば１５分毎に修正
し、センサ信号Ｖが基準値Ｖｌよりも大きい場合、０．
８％基準値Ｖｌを増加させ、センサ信号Ｖが基準値Ｖｌ
よりも小さい場合、３．１２５％基準値Ｖｌを減算す
る。これはセンサ信号Ｖの過去の挙動の底を這うよう
に、言い替えれば過去のセンサ信号の挙動の内で、ガス
濃度が低い部分の値を中心にサンプリングするようにし
たものである。When the initialization is completed, the sensor signal V is read every 5 seconds and stored in the memory 16. Next, (V 3 −
Vs 3 ) / Vl 3 is calculated, and this is set to F. F is proportional to the increase in the gas concentration with respect to the sampling point of the short time constant reference value Vs, and is normalized by the long time constant reference value Vl. When detecting smoking, the value of F is, for example, about 1.7 to 1.9 each time one cigarette is smoked. . Therefore, it is assumed that smoking is caused when F is 0.6 or more, and the air purifier 22 is operated. If there is no smoking, for example, 3
The short reference value Vs is corrected every 0 seconds. When the sensor signal V is larger than the reference value Vs, the correction is performed by changing the reference value Vs to 3.
Add 125%. Conversely, when the sensor signal V is smaller than the reference value Vs, the reference value Vs is subtracted by 3.125%. V
The sampling of s is for obtaining the average gas concentration immediately before smoking, and reflects the average value of the sensor signal instead of the peak or bottom of the sensor signal. The reference value Vl of the long time constant is corrected, for example, every 15 minutes, and when the sensor signal V is larger than the reference value Vl, 0.
The reference value Vl is increased by 8%, and the sensor signal V is changed to the reference value Vl.
If less than, 3.125% reference value Vl is subtracted. This is such that the sampling is performed so as to follow the bottom of the past behavior of the sensor signal V, in other words, the value of the part where the gas concentration is low in the past behavior of the sensor signal.
【００１８】喫煙を検出すると空気清浄器２２を動作さ
せ、タイマ２１を信号Ｆに比例した時間だけ駆動させ
る。空気清浄器２２の動作後も、センサ信号Ｖのサンプ
リングを続け、（Ｖ3−Ｖｓ3）／Ｖｌ3の値が増加する
と、これに応じてタイマ２１の動作時間を延長する。こ
の結果空気清浄器２２の動作時間は、信号Ｆの最大値で
定まる。信号Ｆの最大値は、発生したガス濃度に比例
し、これは発生した煙濃度に比例する。そこでガスセン
サ２により、喫煙により発生した煙濃度に比例する時間
の間、空気清浄器２２を動作させる。タイマで定めた空
気清浄器２２の動作時間が経過すると、空気清浄器２２
を停止させ、短い基準値Ｖｓにとりあえずその時点での
センサ信号Ｖを代入する。When smoking is detected, the air purifier 22 is operated, and the timer 21 is driven for a time proportional to the signal F. After the operation of the air purifier 22, the sampling of the sensor signal V is continued, and when the value of (V 3 −Vs 3 ) / Vl 3 increases, the operation time of the timer 21 is extended accordingly. As a result, the operation time of the air purifier 22 is determined by the maximum value of the signal F. The maximum value of the signal F is proportional to the generated gas concentration, which is proportional to the generated smoke concentration. Then, the gas purifier 22 is operated by the gas sensor 2 for a time proportional to the smoke concentration generated by smoking. When the operation time of the air purifier 22 determined by the timer elapses, the air purifier 22
Is stopped, and the sensor signal V at that time is substituted for the short reference value Vs.
【００１９】実施例の特性を、図５に示す。喫煙時のガ
ス濃度を、図の○印で示す。喫煙によるセンサ信号は、
喫煙の本数に比例せず、３〜１２ｐｐｍ（１〜４本の範
囲で、濃度はＨ2換算）では、ガス濃度の約１／４乗に
比例する。そこで単純に喫煙の前後でのセンサ抵抗の比
を用いると、２本目、３本目と本数が重なるにつれて喫
煙に対する感度が低下する。これは空気清浄器２２がガ
スを除去する能力を持たず、また空気清浄器２２は一般
に窓を閉じた室内で使用されるためである。これに対し
て実施例では、センサ信号Ｖや基準値Ｖｓ，Ｖｌを例え
ば３乗して用いる。その場合の結果を、表１に示す。喫
煙の前後でのセンサ抵抗の比Ｒ／Ｒ’は、１本目の喫煙
では０．７であるのに対して、２本目では０．８６に減
少し、３本目では０．９に減少する。これに対して（Ｖ
3−Ｖｓ3）／Ｖｌ3に対応する△Ｒ-3は、１本目の喫煙
では１．９２であり、２本目〜３本目の喫煙では１．７
２で、バックグラウンドのガス濃度に依存せず、ほぼ一
定となる。このためバックグラウンドが汚染されると喫
煙に対する感度が低下するという問題が解消する。FIG. 5 shows the characteristics of the embodiment. The gas concentration during smoking is indicated by a circle in the figure. The sensor signal from smoking is
It is not proportional to the number of smokes but is proportional to about 1/4 power of the gas concentration at 3 to 12 ppm (in the range of 1 to 4 and the concentration is converted to H2). Therefore, if the ratio of the sensor resistances before and after smoking is simply used, the sensitivity to smoking decreases as the number of the second and third sensors overlaps. This is because the air purifier 22 does not have the ability to remove gas, and the air purifier 22 is generally used in a room with closed windows. On the other hand, in the embodiment, for example, the sensor signal V and the reference values Vs and Vl are raised to the third power and used. Table 1 shows the results in that case. The ratio R / R 'of the sensor resistance before and after smoking is 0.7 in the first smoking, but decreases to 0.86 in the second smoking and 0.9 in the third smoking. On the other hand, (V
ΔR −3 corresponding to 3 −Vs 3 ) / Vl 3 is 1.92 for the first smoking and 1.7 for the second to third smoking.
2, the value is almost constant without depending on the background gas concentration. Therefore, the problem that the sensitivity to smoking is reduced when the background is contaminated is solved.
【００２０】[0020]
【表１】 センサ信号の例 喫煙の本数 Ｒ／Ｒ’ センサ抵抗Ｒ Ｒ-3 △Ｒ-3 １本目 ０.７ ０.７ ２.９２ １.９２ ２本目 ０.８６ ０.６ ４.６３ １.７２ ３本目 ０.９ ０.５４ ６.３５ １.７２ ＊ データは図５より算出し、喫煙は２５ｍ3の部屋で
換気無しに喫煙， ＊ Ｒ’は１本前のセンサ抵抗を示す， ＊ 図５の破線より求めたｎは約４。[Table 1] Example of sensor signal Number of smokes R / R 'Sensor resistance RR- 3 △ R- 3 1st 0.7.7 2.92 1.92 2nd 0.86 0.6 4.63 1.72 3 knots 0.9 0.54 6.35 1.72 * data is calculated from FIG. 5, smoking smoking without ventilation room 25 m 3, * R 'represents a sensor resistance of one before , * N obtained from the broken line in FIG.
【００２１】喫煙により発生したガス濃度に比例する信
号が得られると、発生した煙の量に比例した時間の間空
気清浄器２２を動作させることができる。このことを図
６により説明する。図６の○印の点で、喫煙により発生
したガスによりセンサ２の出力が変化し始めたとする。
実施例ではタイマ２１を用いて、図の△Ｆmaxに比例し
た時間の間空気清浄器２２を駆動する。この△Ｆmax
は、喫煙により発生したガス濃度に比例する。この結果
発生した煙の量に比例した空気清浄器２２の運転時間が
得られる。When a signal proportional to the concentration of gas generated by smoking is obtained, the air purifier 22 can be operated for a time proportional to the amount of smoke generated. This will be described with reference to FIG. It is assumed that the output of the sensor 2 starts to change due to the gas generated by smoking at the point indicated by the circle in FIG.
In the embodiment, the air purifier 22 is driven by using the timer 21 for a time proportional to ΔFmax in the figure. This ΔFmax
Is proportional to the gas concentration generated by smoking. As a result, the operation time of the air purifier 22 proportional to the amount of generated smoke is obtained.
【００２２】図３，図４に、Ｖ3／Ｖｌ3の時間微分を用
いた例を参考のため示す。この例では時間微分を用いる
ので、短い時定数の基準値Ｖｓは用いず、長い時定数の
基準値Ｖｌを用いる。また検出を速めるため時間微分を
用いる。他の点は、図１，図２の実施例と同様である。
図３において、３２は新たなマイクロコンピュータ、３
４は微分回路で、Ｖ3／Ｖｌ3の時間微分（実際にはＶ3
の時間微分）を求める。FIGS. 3 and 4 show examples using the time derivative of V 3 / Vl 3 for reference. In this example, since the time differentiation is used, the reference value Vs of the long time constant is used instead of the reference value Vs of the short time constant. Also, time differentiation is used to speed up the detection. Other points are the same as those of the embodiment of FIGS.
In FIG. 3, reference numeral 32 denotes a new microcomputer, 3
Reference numeral 4 denotes a differentiating circuit, which is a time differential of V 3 / Vl 3 (actually, V 3
Time derivative).
【００２３】図４に、この例の動作を示す。センサ信号
Ｖの読み込みや長い時定数の基準値Ｖｌのサンプリング
は、図１の実施例と同様である。Ｖ3／Ｖｌ3をＦとする
と、Ｆの時間微分（１０秒間での変化）が０．１以上で
喫煙があるものとする。図２のフローチャートでは、Ｆ
が０．６以上で喫煙とした。これに対して１０秒間での
Ｆの変化が０．１以上で喫煙とすることは、喫煙により
センサ信号Ｖの変化が始まった後検出までの時間を数分
の１に短縮することを意味する。例えば図１の実施例で
は、喫煙によって生じたガスがセンサ２に到着してセン
サ信号Ｖが変化し始めてから、喫煙の検出までには３０
秒程度の時間を要する。このような時間を要するのは、
センサ信号Ｖのゆっくりとしたドリフトと喫煙とを区別
するためである。これに対して図３の例では、喫煙に伴
う鋭いセンサ信号の増加のみを検出するので、センサ信
号が動き出して５〜１０秒程度で検出を行うことができ
る。実施例ではセンサ信号Ｖに変化が生じた後の検出ま
での時間を５秒に短縮しても余り意味はないので、ノイ
ズを避けるためセンサ信号Ｖを１０秒毎に読み込み、セ
ンサ信号Ｖが変化し始めて後、１０秒程度で検出するよ
うにした。FIG. 4 shows the operation of this example. The reading of the sensor signal V and the sampling of the reference value Vl of the long time constant are the same as in the embodiment of FIG. Assuming that V 3 / Vl 3 is F, it is assumed that the time derivative of F (change in 10 seconds) is 0.1 or more and smoking is performed. In the flowchart of FIG.
Was 0.6 or more, and smoking was performed. On the other hand, making the smoking when the change of F in 10 seconds is 0.1 or more means that the time from the start of the change of the sensor signal V due to smoking to the detection is reduced to a fraction. . For example, in the embodiment of FIG. 1, it takes 30 seconds after the gas generated by smoking arrives at the sensor 2 and the sensor signal V starts to change until the detection of smoking.
It takes about a second. This kind of time is required
This is for distinguishing the slow drift of the sensor signal V from smoking. On the other hand, in the example of FIG. 3, since only a sharp increase in the sensor signal due to smoking is detected, the detection can be performed in about 5 to 10 seconds after the sensor signal starts to move. In the embodiment, it is meaningless to reduce the time until the detection after the change occurs in the sensor signal V to 5 seconds. Therefore, the sensor signal V is read every 10 seconds to avoid noise, and the sensor signal V changes. After starting the detection, detection was performed in about 10 seconds.
【００２４】喫煙の検出後の処置は図２のフローチャー
トと同様で、信号Ｆの最大値を求め、この値に比例した
時間の間空気清浄器２２を動作させる。このことは、図
６の場合次のことを意味する。喫煙を検出した時点で
は、センサ信号Ｖの変化は小さく、図６の○印のポイン
トで喫煙を検出したことになる。そこでとりあえずタイ
マ２１で１分間空気清浄器２２を動作させるものとし、
その後のセンサ信号Ｖの増加に応じてタイマ２１を延長
し、結局図６の△Ｆmaxに比例した時間だけ、空気清浄
器２２を動作させる。The procedure after the detection of smoking is the same as that of the flowchart of FIG. 2, and the maximum value of the signal F is obtained, and the air purifier 22 is operated for a time proportional to this value. This means the following in the case of FIG. At the time when smoking is detected, the change in the sensor signal V is small, indicating that smoking was detected at the point indicated by the circle in FIG. Therefore, it is assumed that the air purifier 22 is operated by the timer 21 for one minute,
The timer 21 is extended in accordance with the subsequent increase of the sensor signal V, and the air purifier 22 is operated only for a time proportional to ΔFmax in FIG.
【００２５】実施例では空気清浄器２２の制御を例に説
明したが、これに限るものではない。例えば先行する車
両からの排ガスを検出し、自動車への外気導入の制御を
行っても良い。この場合主たる検出目標は、ディーゼル
車からのＮＯｘとなるので、センサ信号Ｖは、ＮＯｘに
より減少することになる。そこでＶ3やＶｓ3，Ｖｌ3に
替えて、Ｖ-3やＶｓ-3，Ｖｌ-3等を用いることが好まし
い。また口臭の検出等に用いる場合には、補助電源２４
を用いて、メモリ１８のデータを絶えず保持し、１０日
〜１年程度の極めて長い期間でのセンサ信号Ｖの平均値
等をメモリ１８に保持する。そして呼気の吹き込み前の
センサ信号Ｖを短い時定数の基準値Ｖｓとし、図１の実
施例と同様にして口臭を検出する。この場合（Ｖ3−Ｖ
ｓ3）／Ｖｌ3等で、呼気中の口臭成分に比例した出力を
得る。オゾン発生機の制御の場合も同様で、極めて長い
時定数の基準値Ｖｌをサンプリングし、オゾン発生機を
動作させる直前のセンサ信号Ｖを短い時定数の基準値Ｖ
ｓとし、オゾン発生機動作時のセンサ信号Ｖをセンサ信
号Ｖとする。べき乗の乗数はここでは３としたが、セン
サの特性に応じて変えれば良く、一般には絶対値で１よ
りも大で、乗数を１．５以上とする場合に特に効果が大
きい。In the embodiment, the control of the air purifier 22 has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, exhaust gas from a preceding vehicle may be detected to control the introduction of outside air to the vehicle. In this case, since the main detection target is NOx from the diesel vehicle, the sensor signal V is reduced by NOx. So instead of V 3 and Vs 3, Vl 3, V -3 and Vs -3, it is preferable to use a Vl -3 like. When using it for detecting bad breath, the auxiliary power supply 24
Is used, the data in the memory 18 is constantly stored, and the average value of the sensor signal V for an extremely long period of about 10 days to one year is stored in the memory 18. Then, the sensor signal V before inhalation of the exhalation is set to a reference value Vs of a short time constant, and bad breath is detected in the same manner as in the embodiment of FIG. In this case (V 3 −V
As s 3 ) / Vl 3 , an output proportional to the bad breath component in breath is obtained. The same applies to the control of the ozone generator, in which the reference value Vl having an extremely long time constant is sampled, and the sensor signal V immediately before the operation of the ozone generator is changed to the reference value V of the short time constant.
s, and the sensor signal V during the operation of the ozone generator is the sensor signal V. Here, the power multiplier is set to 3, but may be changed according to the characteristics of the sensor. In general, the absolute value is larger than 1 and the effect is particularly large when the multiplier is set to 1.5 or more.
【図１】 実施例のガス検出装置のブロック図FIG. 1 is a block diagram of a gas detection device according to an embodiment.
【図２】 図１の実施例の動作を示すフローチャートFIG. 2 is a flowchart showing the operation of the embodiment of FIG. 1;
【図３】 参考例のガス検出装置のブロック図FIG. 3 is a block diagram of a gas detection device of a reference example.
【図４】 参考例の動作を示すフローチャートFIG. 4 is a flowchart showing an operation of a reference example.
【図５】 ガスセンサの特性図FIG. 5 is a characteristic diagram of a gas sensor.
【図６】 実施例の特性図FIG. 6 is a characteristic diagram of the embodiment.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 徹 箕面市船場西１丁目５番３号 フィガロ 技研株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/12 G01N 27/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Toru Nomura 1-3-5, Senba-nishi, Minoh-shi Figaro Giken Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/12 G01N 27/04
Claims (2)
該ガスセンサの信号を学習して定めた基準値で規格化し
て、ガスを検出するようにしたガス検出装置において、 長い時定数の基準値を学習するための手段と、 短い時定数の基準値を学習するための手段とを設けると
ともに、 ガスセンサ信号と長い時定数の基準値と短い時定数の基
準値とからガスを検出するための手段を設けたことを特
徴とする、ガス検出装置。1. A signal of a metal oxide semiconductor gas sensor,
In a gas detection device configured to detect a gas by learning a signal of the gas sensor and normalizing the signal with a reference value determined, a means for learning a reference value of a long time constant, and a reference value of a short time constant are provided. A gas detection device, comprising: means for learning; and means for detecting gas from a gas sensor signal, a reference value of a long time constant, and a reference value of a short time constant.
該ガスセンサの信号を学習して定めた基準値で規格化し
て、ガスを検出するようにしたガス検出装置において、 長い時定数の基準値を学習するための手段と、 短い時定数の基準値を学習するための手段とを設けると
ともに、 ガスセンサ信号を長い時定数の基準値で規格化してｎ乗
した信号と、短い時定数の基準値を長い時定数の基準値
で規格化してｎ乗した信号とを求め、 （｜ｎ｜＞１）、 これらの信号の差からガスを検出するための手段を設け
たことを特徴とする、ガス検出装置。2. The signal of the metal oxide semiconductor gas sensor is
In a gas detection device configured to detect a gas by learning a signal of the gas sensor and normalizing the signal with a reference value determined, a means for learning a reference value of a long time constant, and a reference value of a short time constant are provided. Means for learning, a signal obtained by normalizing a gas sensor signal with a reference value of a long time constant to the nth power, and a signal obtained by normalizing a reference value of the short time constant with a reference value of the long time constant to the nth power (| N |> 1), and a means for detecting gas from the difference between these signals is provided.
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