JP3723073B2

JP3723073B2 - Gas detection device and gas detection method

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Publication number: JP3723073B2
Application number: JP2000367274A
Authority: JP
Inventors: 崇小澤; 裕正高島
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2005-12-07
Anticipated expiration: 2020-12-01
Also published as: JP2002168818A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、火災時に発生する低濃度のガス成分を、その他の例えば不完全燃焼時に発生する一酸化炭素（ＣＯ）や都市ガスの漏洩時に発生するメタン（ＣＨ_４）等のガスよりも高感度に検知し、更には、火災時に発生するガスと雑ガスとなるエタノールとをそれぞれ識別するガス検出装置及びガス検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
不完全燃焼時に発生する一酸化炭素と都市ガス漏洩時に発生するメタンとをそれぞれ識別するためのガスセンサとしては、従来より例えば半導体式ガスセンサが用いられており、この半導体ガスセンサは、触媒活性を利用して、一酸化炭素とメタンとを弁別している。図１３にＳｎＯ_２触媒を用いた半導体式ガスセンサのガス感度特性を示す。
【０００３】
図１３において、横軸はセンサの素子温度であり、縦軸はセンサ抵抗である。図１３からもわかるように、ＳｎＯ_２触媒は、低温域で一酸化炭素に対する活性が高く、高温域でメタンに対する活性が高い性質を有している。すなわち、一酸化炭素は低温域でセンサ抵抗が小さく、メタンは高温域でセンサ抵抗が小さいため、半導体式ガスセンサは、低温域で一酸化炭素を選択し、高温域でメタンを選択する特性を持つ。
【０００４】
このため、図１４に示すようなパルス駆動方式で、ガス検出装置に設けられた１つのガスセンサを低温域（例えば、１００℃）と高温域（例えば、４００℃）とに周期的に交互に駆動させることにより、低温域のＣＯ検知ポイント（図１４中の黒丸印）において一酸化炭素ガス濃度を検出し、高温域のメタン検知ポイント（図１４中の黒丸印）においてメタンガス濃度を検出することができる。
【０００５】
また、従来のこの種のガス検出装置としては、例えば特開昭５９−１４３９４８号公報に記載されたガス漏れ検出装置が知られている。
【０００６】
この特開昭５９−１４３９４８号公報に記載されたガス漏れ検出装置は、図１５に示すように、可燃性ガスに触れると抵抗値の低下する金属酸化物の感応体１０２と、この感応体１０２を所定温度に保持するヒータ１０３と、感応体１０１の抵抗値の変化を検出する電圧弁別回路１０６と、この電圧弁別回路１０６の出力によりヒータ１０３のヒータ電圧を変化させるヒータ電圧制御回路１０５と、感応体１０１の抵抗値の変化により温度依存性を検知し、可燃性ガスの種類を判別する演算回路１０８とを有する。
【０００７】
このようなガス漏れ検出装置によれば、可燃性ガスが感応体１０２に触れて抵抗値が低下し、Ａ点の電位が設定された基準電位よりも下がると、電圧弁別回路１０６が作動してタイマ回路１０７を作動させ、ヒータ電圧制御回路１０５によりヒータ１０３に印加される電圧を変化させる。
【０００８】
そして、ヒータ１０３の電圧変化前後の電位を演算回路１０８で演算し、現在検出しているガスの温度依存性を演算することにより、ガスの種類を検知することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のガス検出装置や特開昭５９−１４３９４８号公報に記載されたガス漏れ検出装置にあっては、不完全燃焼時に発生する一酸化炭素と都市ガスの漏洩時に発生するメタンとを識別することができる。また、エタノール等の雑ガスに関しては、センサそのものの触媒能で、またセンサ素子に活性炭やシリカゲル等のフィルター材を用いて感度を有さないように工夫されていた。
【００１０】
しかしながら、火災時に発生するガスと不完全燃焼時に発生する一酸化炭素及び都市ガスの漏洩時に発生するメタンとエタノール等の雑ガスとのそれぞれを識別することができなかった。また、火災時に発生するガス成分さえも明確に分かっていないのが現状であった。
【００１１】
そこで、本発明は、火災時に発生する低濃度のガス成分を、その他の例えば不完全燃焼時に発生する一酸化炭素や都市ガスの漏洩時に発生するメタン等のガスよりも高感度に検知し、更には、火災時に発生するガスと雑ガスとなるエタノールとをそれぞれ識別することができるガス検出装置及びガス検出方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、以下の構成とした。請求項１の発明のガス検出装置は、ヒータとガスを検出するセンサ素子とが設けられた第１のガスセンサ及び第２のガスセンサと、オン時間とオン時間に対して十分に長く設定された第１オフ時間との合計時間を周期とする第１パルス駆動信号で前記第１のガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、前記オン時間と前記第１オフ時間よりも長く設定された第２オフ時間との合計時間を周期とする第２パルス駆動信号で前記第２のガスセンサをオン駆動／オフ駆動させるパルス駆動手段と、前記オン時間において前記第１のガスセンサの第１センサ出力値を検出すると共に前記第２のガスセンサの第２センサ出力値を検出するセンサ出力検出手段と、このセンサ出力検出手段で検出された前記第１センサ出力値と前記第２センサ出力値とを比較し比較結果に基づき前記ガスの種類を識別するガス識別手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明のガス検出装置によれば、第１オフ時間と第２オフ時間とがオン時間に対して十分に長く設定されているので、火災時に発生するガス（酢酸）の低濃度時のセンサ感度が急激に増大する。このため、センサ出力検出手段で検出されたセンサ出力値も大きくなり、ガス識別手段は、センサ出力値に基づき、火災時に発生するガス成分とその他の例えば不完全燃焼時に発生する一酸化炭素及び都市ガスの漏洩時に発生するメタン等のガスとを容易に識別することができる。また、第１オフ時間と第２オフ時間とが互いに異なるので、ガスによっては、第１センサ出力値と第２センサ出力値とに違いが出るため、各センサ出力値を比較し比較結果に基づきガスの種類を識別することができる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１記載のガス検出装置において、前記ガス識別手段は、前記第１センサ出力値及び第２センサ出力値が予め定められた第１しきい値以上であり且つ前記第２センサ出力値が前記第１センサ出力値を超えている場合には、前記ガスを火災時に発生するガスと判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によれば、第２センサ出力値が第１センサ出力値を超えている場合には、ガス識別手段によって、ガスを火災時に発生するガスと判定することことができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項２項記載のガス検出装置において、前記ガス識別手段は、前記第１センサ出力値及び第２センサ出力値が予め定められた第１しきい値以上であり且つ前記第１センサ出力値が前記第２センサ出力値と略同一値である場合には、前記ガスを雑ガスと判定することを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明によれば、第１センサ出力値及び第２センサ出力値が予め定められた第１しきい値以上であり且つ第１センサ出力値が第２センサ出力値と略同一値である場合には、ガス識別手段によって、ガスを雑ガスと判定することができる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項２または請求項３記載のガス検出装置において、前記ガス識別手段は、前記第１センサ出力値及び第２センサ出力値が前記第１しきい値よりも小さい第２しきい値以上である場合には、前記ガスを非火災時に発生するガスと判定することを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明によれば、第１センサ出力値及び第２センサ出力値が第１しきい値よりも小さい第２しきい値以上である場合には、ガス識別手段によって、ガスを非火災時に発生するガスと判定することができる。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のガス検出装置において、前記ガス識別手段で識別されたガスの種類の識別結果を報知する報知手段を備えることを特徴とする。
【００２１】
請求項５の発明によれば、ガス識別手段で識別されたガスの種類の識別結果を報知するので、発生したガスの種類を容易に識別することができ、これによって安全性を向上することができる。
【００２２】
請求項６の発明のガス検出方法は、オン時間とオン時間に対して十分に長く設定された第１オフ時間との合計時間を周期とする第１パルス駆動信号で第１のガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、前記オン時間と前記第１オフ時間よりも長く設定された第２オフ時間との合計時間を周期とする第２パルス駆動信号で第２のガスセンサをオン駆動／オフ駆動させるパルス駆動ステップと、前記オン時間において前記第１のガスセンサの第１センサ出力値を検出すると共に前記第２のガスセンサの第２センサ出力値を検出するセンサ出力検出ステップと、検出された前記第１センサ出力値と前記第２センサ出力値とを比較し比較結果に基づき前記ガスの種類を識別するガス識別ステップとを含むことを特徴とし、請求項１の発明の作用及び効果と同様な作用及び効果を得ることができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項６記載のガス検出方法において、前記ガス識別ステップは、前記第１センサ出力値及び第２センサ出力値が予め定められた第１しきい値以上であり且つ前記第２センサ出力値が前記第１センサ出力値を超えている場合には、前記ガスを火災時に発生するガスと判定することを特徴とし、請求項２の発明の作用及び効果と同様な作用及び効果を得ることができる。
【００２４】
請求項８の発明は、請求項７項記載のガス検出方法において、前記ガス識別ステップは、前記第１センサ出力値及び第２センサ出力値が予め定められた第１しきい値以上であり且つ前記第１センサ出力値が前記第２センサ出力値と略同一値である場合には、前記ガスを雑ガスと判定することを特徴とし、請求項３の発明の作用及び効果と同様な作用及び効果を得ることができる。
【００２５】
請求項９の発明は、請求項７または請求項８記載のガス検出方法において、前記ガス識別ステップは、前記第１センサ出力値及び第２センサ出力値が前記第１しきい値よりも小さい第２しきい値以上である場合には、前記ガスを非火災時に発生するガスと判定することを特徴とし、請求項４の発明の作用及び効果と同様な作用及び効果を得ることができる。
【００２６】
請求項１０の発明は、請求項６乃至請求項９のいずれか１項記載のガス検出方法において、前記ガス識別ステップで識別されたガスの種類の識別結果を報知する報知ステップを含むことを特徴とし、請求項５の発明の作用及び効果と同様な作用及び効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のガス検出装置及びガス検出方法の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
実施の形態のガス検出装置及びガス検出方法は、火災時に発生する低濃度のガス成分を、その他、例えば不完全燃焼時に発生する一酸化炭素や都市ガス漏洩時に発生するメタン等のガスよりも高感度に検知し、更には、火災時に発生するガスと雑ガスとなるエタノールとをそれぞれ識別することを特徴とするものである。
【００２９】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態のガス検出装置の回路構成図である。図２は第１の実施の形態のガス検出装置におけるガスセンサの詳細な構造図である。図３は第１の実施の形態のガス検出装置におけるガスセンサの温度のタイミングチャートである。
【００３０】
図１に示すガス検出装置は、第１のガスセンサ１及び第２のガスセンサ５を有し、各ガスセンサは、たとえば、接触燃焼式ガスセンサであり、この接触燃焼式ガスセンサは、ヒータを有するガス検知素子（以下、センサ素子と称する。）とヒータを有する比較素子とで、ガスを燃焼する際に発生する燃焼熱を検出し、得られたセンサ出力に基づいてガスを識別する。
【００３１】
第１のガスセンサ１は、図２に示すように、２０μｍ〜５０μｍの白金コイルからなるヒータ２上にアルミナ系の触媒５１を塗布して素子を形成し、この素子としてヒータ２を有するセンサ素子３とヒータ２を有する比較素子４とを有している。
【００３２】
センサ素子３は、パラジウム（Ｐｄ）を担持したγ−アルミナを触媒として用い、比較素子４は、γ−アルミナまたはα−アルミナを触媒として用いている。触媒５１は、ヒータ２の発熱量に応じて発熱してガスの燃焼に対して触媒として作用する。
【００３３】
また、センサ素子３と比較素子４と抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とで第１のブリッジ回路１０を構成している。そして、ヒータ駆動回路２５ａからの電圧を第１のブリッジ回路１０の端子ａと端子ｂとに印加し、端子ｃと端子ｄとから出力電圧Ｖをセンサ出力として取り出している。すなわち、第１のブリッジ回路１０は、センサ素子３と比較素子４とでガスを燃焼する際に発生する燃焼熱に起因して発生するセンサ素子３の抵抗値変化、及び比較素子４の抵抗値変化を、センサ素子３と比較素子４との接続点から検出し、センサ出力として後述する中央処理装置（ＣＰＵ）１１に出力するようになっている。
【００３４】
また、第２のガスセンサ５も第１のガスセンサ１と同様に構成され、ヒータ６上にアルミナ系の触媒５１を塗布して素子を形成し、この素子としてヒータ６を有するセンサ素子７とヒータ６を有する比較素子８とを有している。
【００３５】
また、センサ素子７と比較素子８と抵抗Ｒ１４と抵抗Ｒ１５とで第２のブリッジ回路９を構成している。そして、ヒータ駆動回路２５ｂからの電圧を第２のブリッジ回路９の端子ｅと端子ｆとに印加し、端子ｇと端子ｈとから出力電圧Ｖをセンサ出力として取り出している。すなわち、第２のブリッジ回路９は、センサ素子７と比較素子８とでガスを燃焼する際に発生する燃焼熱に起因して発生するセンサ素子７の抵抗値変化、及び比較素子８の抵抗値変化を、センサ素子７と比較素子８との接続点から検出し、センサ出力としてＣＰＵ１１に出力するようになっている。
【００３６】
電源回路７は、第１のタイマー駆動回路２８ａ、第２のタイマー駆動回路２８ｂ、第１のヒータ駆動回路２５ａ、及び第２のヒータ駆動回路２５ｂに電源を供給する。第１のタイマー駆動回路２８ａ及び第２のタイマー駆動回路２８ｂは、電源回路７の電源供給を受けて図示しないタイマーを駆動する。
【００３７】
第１のヒータ駆動回路２５ａは、第１のタイマー駆動回路２８ａにより駆動されたタイマーからのタイマー信号に基づき第１パルス駆動信号を発生し、発生した第１パルス駆動信号をヒータ２に印加することにより第１のガスセンサ１をオン／オフ駆動させる。
【００３８】
第１パルス駆動信号は、図３（ａ）に示すように、５．１秒周期でオン／オフを繰り返す信号であり、周期は、オフ時間５秒と、オン時間０．１秒とからなる。
【００３９】
また、第２のヒータ駆動回路２５ｂは、第２のタイマー駆動回路２８ｂにより駆動されたタイマーからのタイマー信号に基づき第２パルス駆動信号を発生し、発生した第２パルス駆動信号をヒータ６に印加することにより第２のガスセンサ５をオン／オフ駆動させる。
【００４０】
第２パルス駆動信号は、図３（ｂ）に示すように、３０．１秒周期でオン／オフを繰り返す信号であり、周期は、オフ時間３０秒と、オン時間０．１秒とからなる。
【００４１】
すなわち、第１のガスセンサ１でオフ時間を５秒とし、第２のガスセンサ５でオフ時間を３０秒とし、異なるオフ時間で各ガスセンサを独立に駆動させるようになっている。
【００４２】
また、図３（ａ）（ｂ）に示すように、パルス駆動信号により各ガスセンサをオフ駆動することで低温（Ｒ．Ｔ℃を９９００ｍｓ間だけ維持）とし、各ガスセンサをオン駆動することで高温（４００℃を１００ｍｓ間だけ維持）としている。なお、第１のタイマー駆動回路２８ａ、第２のタイマー駆動回路２８ｂ、第１のヒータ駆動回路２５ａ、及び第２のヒータ駆動回路２５ｂは、パルス駆動手段を構成する。
【００４３】
また、前記ＣＰＵ１１は、図１に示すように、センサ出力検出手段としての第１のセンサ出力検出部１３ａ、第２のセンサ出力検出部１３ｂ、ガス識別手段としてのガス識別部１５を有する。
【００４４】
第１のセンサ出力検出部１３ａは、センサ温度が４００℃になっている期間中（オン時間）の第１ガス検出ポイントＤＰ１（図３（ａ）中の黒丸印）において、第１のガスセンサ１のセンサ素子３からオフ時間（５秒）におけるセンサ出力値Ｖ_５を検出する。
【００４５】
第２のセンサ出力検出部１３ｂは、センサ温度が４００℃になっている期間中（オン時間）の第２ガス検出ポイントＤＰ２（図３（ｂ）中の黒丸印）において、第２のガスセンサ５のセンサ素子７からオフ時間（３０秒）におけるセンサ出力値Ｖ_３０を検出する。
【００４６】
ガス識別部１５は、第１のセンサ出力検出部１３ａ及び第２のセンサ出力検出部１３ｂで検出された各々のセンサ出力値Ｖ_３０，Ｖ_５が予め定められた第１しきい値ＳＨ１以上である場合には、センサ出力値Ｖ_３０がセンサ出力値Ｖ_５よりも大きいかどうかを判定し、センサ出力値Ｖ_３０がセンサ出力値Ｖ_５よりも大きい場合には、識別対象ガスを火災時に発生するガス（酢酸）と判定する。
【００４７】
また、ガス識別部１５は、センサ出力値Ｖ_３０がセンサ出力値Ｖ_５と略同一値を有する場合には、識別対象ガスを雑ガスすなわちエタノールと判定する。
【００４８】
また、ガス識別部１５は、センサ出力検出部１３で検出された各々のセンサ出力値Ｖ_３０，Ｖ_５が前記第１しきい値ＳＨ１よりも小さい予め定められた第２しきい値ＳＨ２以上である場合には、識別対象ガスを非火災時に発生するガス（ＣＯまたはメタン等）と判定する。
【００４９】
また、ＣＰＵ１１には、火災時に発生する酢酸等のガスを識別するために点灯するＬＥＤ２１ａと、雑ガスを識別するために点灯するＬＥＤ２１ｂと、非火災時の一酸化炭素やメタン等のガスを識別するために点灯するＬＥＤ２１ｃとが接続されている。スピーカ１９は、火災時のガスであることを音声により報知する。スピーカ１９、ＬＥＤ２１ａ、ＬＥＤ２１ｂ、ＬＥＤ２１ｃは、報知手段を構成する。
【００５０】
次に、このように構成された第１の実施の形態のガス検出装置の動作の説明に先立って、第１の実施の形態のガス検出装置が図３に示すようなパルス駆動方式を採用した理由を図４乃至図１０の図面を参照して説明する。
【００５１】
まず、材木を燻焼させた場合に発生するガス、すなわち、材木の火災時に発生する各種のガスを分析した。図４に材木を燻焼させた場合のガス分析結果を示す。無機ガスは、ガスクロマトグラフィー法により測定し、低沸点化合物及び高沸点化合物は、ガスクロマトグラフィー法、質量分析法により測定した。ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドの定量分析は、液体クロマトグラフィー法により測定し、酢酸、ギ酸の定量分析は、イオンクロマトグラフィー法により測定した。
【００５２】
図４からもわかるように、材木の火災時に発生する各種のガスの主成分として、一酸化炭素（ガス濃度１１２０ｐｐｍ）及び酢酸（ガス濃度８４０ｐｐｍ）が検出された。
【００５３】
次に、実施の形態のガスセンサ１を図３に示すようなパルス駆動方式で作動させ且つオフ時間を変化させたときのガスセンサ１の各種ガスと酢酸とエタノール感度特性を図５乃至図１０に示す。
【００５４】
図５はガスセンサのオン／オフ周期によるＣＯ濃度対センサ出力特性を示す。図６はガスセンサのオン／オフ周期によるメタン濃度対センサ出力特性を示す。図７はガスセンサのオン／オフ周期による水素濃度対センサ出力特性を示す。図８はガスセンサのオン／オフ周期によるイソブタン濃度対センサ出力特性を示す。図９はガスセンサのオン／オフ周期による酢酸濃度対センサ出力特性を示す。図１０はガスセンサのオン／オフ周期によるエタノール濃度対センサ出力特性を示す。
【００５５】
図５乃至図１０に示す例では、オン時間が連続通電を除いて１００ｍｓｅｃで全て一定とし、オフ時間を１秒、５秒、１０秒、３０秒としたときのガス濃度に対するセンサ出力を表している。ここに表されているセンサ出力（ｍＶ）は、センサ素子から得られたセンサ出力を５０倍だけ増幅したものである。
【００５６】
図５乃至図８に示すように、ＣＯ、メタン、水素、イソブタン等の一般的なガス種では、基本的にオフ時間が長くなると、感度が低下していく。一方、図９及び図１０に示すように、酢酸とエタノールに関しては、オフ時間が長くなると、特に低濃度の感度が急激に増大していることがわかる。
【００５７】
この要因としては、酢酸は吸着性が高いことが挙げられ、オフ時に触媒層４５表面に吸着した酢酸がオン時に瞬間的に燃焼反応する。オフ時間が長くなることにより、酢酸の吸着量が増加し、感度の増幅効果を与えていると考えられる。また、ガスでも比較的吸着性の高いＣＯでは、連続通電に比較してオン／オフ駆動させた方が多少高い感度を示していることからもわかる。
【００５８】
このため、図３に示すようなパルス駆動方式で例えば、オフ時間を５秒以上にすることで、ＣＯやメタン等の他ガスの影響を受けずに、火災時に発生する酢酸を検知して、火災を判定することができるようになっている。
【００５９】
さらに、エタノールでは５秒以上で感度特性は等しくなるが、酢酸に関しては５秒以上でも低濃度では出力に差が出てくる。すなわち、第１のガスセンサ１でオフ時間を５秒とし、第２のガスセンサ５でオフ時間を３０秒とし、各ガスセンサを独立に駆動させてセンサ出力値を比較することでエタノールと酢酸とを識別可能となっている。
【００６０】
次に、このように構成された第１の実施の形態のガス検出装置の動作、すなわちガス検出方法を図３に示すタイミングチャート及び図１１に示すフローチャートを参照して説明する。
【００６１】
まず、第１しきい値とこの第１しきい値よりも小さい第２しきい値を設定し（ステップＳ１０１）、次に、第１のヒータ駆動回路２５ａが、図３（ａ）に示す第１パルス駆動信号により第１のガスセンサ１を駆動し、第２のヒータ駆動回路２５ｂが、図３（ｂ）に示す第２パルス駆動信号により第２のガスセンサ５を駆動する（ステップＳ１０３）。
【００６２】
次に、第１のセンサ出力検出部１３ａは、センサ温度が４００℃になったオン時間の第１ガス検出ポイントＤＰ１（図３（ａ）中の黒丸印）において、オフ時間（５秒）における第１のガスセンサ１のセンサ素子３からのセンサ出力値を検出し、検出されたセンサ出力値を図示しないアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）によりＡ／Ｄ変換することにより、電圧値Ｖ_５を得る（ステップＳ１０５）。
【００６３】
次に、第２のセンサ出力検出部１３ｂは、センサ温度が４００℃になったオン時間の第２ガス検出ポイントＤＰ２（図３（ｂ）中の黒丸印）において、オフ時間（３０秒）における第２のガスセンサ５のセンサ素子７からのセンサ出力値を検出し、検出されたセンサ出力値を図示しないアナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）によりＡ／Ｄ変換することにより、電圧値Ｖ_３０を得る（ステップＳ１０７）。
【００６４】
さらに、ガス識別部１５は、得られた電圧値Ｖ_３０，Ｖ_５のそれぞれが第１しきい値以上であるか否かを判定し（ステップＳ１０９）、電圧値Ｖ_３０，Ｖ_５が第１しきい値以上である場合には、センサ出力値Ｖ_３０がセンサ出力値Ｖ_５よりも大きいかどうかを判定する（ステップＳ１１１）。センサ出力値Ｖ_３０がセンサ出力値Ｖ_５よりも大きい場合には、識別対象ガスを火災時に発生するガス（酢酸）と判定する（ステップＳ１１３）。
【００６５】
この場合、ＣＰＵ１１からの火災警報信号によりＬＥＤ２１ａを点灯させて火災警報を行うので（ステップＳ１１５）、識別対象ガスが火災時に発生する酢酸等のガスであることを容易に識別することができる。また、スピーカ１９により、識別対象ガスが火災時のガスであることを報知する。
【００６６】
また、ステップＳ１１１において、センサ出力値Ｖ_３０がセンサ出力値Ｖ_５よりも大きくない場合には、ガス識別部１５は、センサ出力値Ｖ_３０がセンサ出力値Ｖ_５と略同一値を有するかどうかを判定し（ステップＳ１１７）、センサ出力値Ｖ_３０がセンサ出力値Ｖ_５と略同一値を有する場合には、ガス識別部１５は、識別対象ガスを雑ガスすなわちエタノールと判定する（ステップＳ１１９）。この場合、ＣＰＵ１１からの警報信号によりＬＥＤ２１ｂを点灯させるので、識別対象ガスが雑ガスであることを容易に識別することができる。
【００６７】
一方、ステップＳ１０９において、得られた電圧値Ｖ_３０，Ｖ_５が第１しきい値未満である場合には、得られた電圧値Ｖ_３０，Ｖ_５が第２しきい値以上であるか否かを判定し（ステップＳ１２１）、電圧値Ｖ_３０，Ｖ_５が第２しきい値以上である場合には、ガス識別部１５は、識別対象ガスを非火災時に発生するガスと判定する（ステップＳ１２３）。この場合、ＣＰＵ１１からの警報信号によりＬＥＤ２１ｃを点灯させるので、識別対象ガスが非火災時に発生する一酸化炭素やメタン等のガスであることを容易に識別することができる。
【００６８】
このように、第１の実施の形態のガス検出装置によれば、オン時間に対してオフ時間を十分に長く設定したパルス駆動信号により各ガスセンサ１，５をオン駆動／オフ駆動させるが、パルス駆動信号のオフ時間が十分に長くなると、火災時に発生するガスの低濃度時のセンサ感度が急激に増大する。このため、検出されたセンサ出力値も大きくなり、該センサ出力値に基づき火災時に発生するガス成分とその他の例えば不完全燃焼時に発生する一酸化炭素及び都市ガスの漏洩時に発生するメタン等のガスとを容易に識別することができ、これによって、一酸化炭素及びメタン等のガスの影響を受けずに火災を検知することができる。
【００６９】
また、２つのガスセンサ１，５を用いて、互いに大きさの異なる第１オフ時間と第２オフ時間とを交互に繰り返して駆動させ、第１センサ出力値と第２センサ出力値とを比較することにより、雑ガスであるエタノールと火災発生時の酢酸等のガスとを識別することができる。
【００７０】
また、その旨をスピーカ１９やＬＥＤ２１ａ〜２１ｃにより報知するので、容易にガスの種類を識別することができ、安全性を向上することができる。
【００７１】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態のガス検出装置について説明する。第２の実施の形態のガス検出装置が特徴とするところは、ガスセンサとしてマイクロガスセンサを用いた点にある。ガスセンサ以外のガス検出装置のその他の構成は、図１に示す構成と同一構成である。
【００７２】
図１２は第２の実施の形態のガス検出装置におけるガスセンサの詳細な構造図である。図１２（ａ）にガスセンサ１の断面図、図１２（ｂ）にガスセンサの上面図を示す。
【００７３】
第１のガスセンサ１は、触媒を加熱する白金（Ｐｔ）からなるヒータ２と各種のガスを検出するセンサ素子３と、比較素子４とを有して構成される。第１のガスセンサ１は、マイクロセンサからなり、センサ素子３と比較素子４とを有し、センサ素子３と比較素子４とでガスを検出するようになっている。
【００７４】
センサ台座３１上にはシリコン単結晶からなる基板３３が設けられており、この基板３３にはダイアフラム３５が形成されている。このダイアフラム３５は、基板３３を異方性エッチングすることによって形成されている。
【００７５】
センサ素子３及び比較素子４のそれぞれは、基板３３上に設けられ、ダイアフラム３５に接触した状態で、ダイアフラム３５上に積層されたＳｉＯ_２膜からなる酸化膜３７及びＳｉ_３Ｎ_４膜３９上に積層されている。
【００７６】
センサ素子３及び比較素子４のそれぞれは、ヒータ２を有し、センサ素子３のヒータ２は、電極４１ａ、４１ｂに接続され、比較素子４のヒータ２は、電極４１ｃ、４１ｄに接続されていて、各電極４１ａ〜４１ｄは金（金線４３）のワイヤボンディングにより固定されている。
【００７７】
センサ素子３は、ヒータ２と、このヒータ２上に積層され且つパラジウム（Ｐｄ）５〜１５ｗｔ％担持したγ−アルミナを触媒とした触媒層４５とを備えている。比較素子４は、ヒータ２と、このヒータ２上に積層され且つγ−アルミナまたはα−アルミナを触媒とした触媒層（図示せず）とを備えて構成されている。ヒータ２は、ガスの燃焼を促すものであり、触媒層４５は、ヒータ２の発熱量に応じて発熱してガスの燃焼に対して触媒として作用する。
【００７８】
一方、第２のガスセンサ５は、触媒を加熱する白金（Ｐｔ）からなるヒータ６と各種のガスを検出するセンサ素子７と、比較素子４を有して構成される。第２のガスセンサ５は、センサ素子７と比較素子８とを有し、センサ素子７と比較素子８とでガスを検出するようになっている。第２のガスセンサ５も、第１のガスセンサ１の構成と基本的にはほぼ同一構成である。
【００７９】
以上の構成のマイクロセンサからなる第１のガスセンサ１及び第２のガスセンサ５を用いても、第１の実施の形態のガス検出装置の効果と同様な効果が得られる。
【００８０】
なお、本発明は、前述した実施の形態のガス検出方法及びガス検出装置に限定されるものではない。実施の形態では、第１及び第２オン時間のそれぞれを０．１秒、第１オフ時間を約３０秒、第２オフ時間を約５秒としたが、第１及び第２オン時間のそれぞれを例えば約１秒、第１オフ時間を約３０秒、第２オフ時間を約５秒としても良い。
【００８１】
【発明の効果】
請求項１の発明のガス検出装置、請求項６の発明のガス検出方法によれば、第１オフ時間と第２オフ時間とがオン時間に対して十分に長く設定されているので、火災時に発生するガス（酢酸）の低濃度時のセンサ感度が急激に増大する。このため、センサ出力検出手段で検出されたセンサ出力値も大きくなり、ガス識別手段は、センサ出力値に基づき、火災時に発生するガス成分とその他の例えば不完全燃焼時に発生する一酸化炭素及び都市ガスの漏洩時に発生するメタン等のガスとを容易に識別することができる。また、第１オフ時間と第２オフ時間とが互いに異なるので、ガスによっては、第１センサ出力値と第２センサ出力値とに違いが出るため、各センサ出力値を比較し比較結果に基づきガスの種類を識別することができる。
【００８２】
請求項２の発明のガス検出装置、請求項７の発明のガス検出方法によれば、第１センサ出力値及び第２センサ出力値が予め定められた第１しきい値以上であり且つ第２センサ出力値が第１センサ出力値を超えている場合には、ガスを火災時に発生するガスと判定することができる。
【００８３】
請求項３の発明のガス検出装置、請求項８の発明のガス検出方法によれば、第１センサ出力値及び第２センサ出力値が予め定められた第１しきい値以上であり且つ第１センサ出力値が第２センサ出力値と略同一値である場合には、ガスを雑ガスと判定することができる。
【００８４】
請求項４の発明のガス検出装置、請求項９の発明のガス検出方法によれば、第１センサ出力値及び第２センサ出力値が第１しきい値よりも小さい第２しきい値以上である場合には、ガスを非火災時に発生するガスと判定することができる。
【００８５】
請求項５の発明のガス検出装置、請求項１０の発明のガス検出方法によれば、識別されたガスの種類の識別結果を報知するので、発生したガスの種類を容易に識別することができ、これによって安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のガス検出装置の回路構成図である。
【図２】第１の実施の形態のガス検出装置におけるガスセンサの詳細な構造図である。
【図３】第１の実施の形態のガス検出装置におけるガスセンサの温度のタイミングチャートである。
【図４】材木を燻焼させた場合のガス分析結果を示す図である。
【図５】ガスセンサのオン／オフ周期によるＣＯ濃度対センサ出力特性を示す図である。
【図６】ガスセンサのオン／オフ周期によるメタン濃度対センサ出力特性を示す図である。
【図７】ガスセンサのオン／オフ周期による水素濃度対センサ出力特性を示す図である。
【図８】ガスセンサのオン／オフ周期によるイソブタン濃度対センサ出力特性を示す図である。
【図９】ガスセンサのオン／オフ周期による酢酸濃度対センサ出力特性を示す図である。
【図１０】ガスセンサのオン／オフ周期によるエタノール濃度対センサ出力特性を示す図である。
【図１１】第１の実施の形態のガス検出装置により実現されるガス検出方法を説明するためのフローチャートである。
【図１２】第２の実施の形態のガス検出装置におけるガスセンサの詳細な構造図である。
【図１３】従来の触媒を用いた半導体式ガスセンサのガス感度特性を示す図である。
【図１４】従来のガス検出装置におけるガスセンサの温度のタイミングチャートである。
【図１５】従来のガス漏れ検出装置の構成ブロック図である。
【符号の説明】
１第１のガスセンサ
２，６ヒータ
３，７センサ素子
４，８比較素子
５第２のガスセンサ
９第２のブリッジ回路
１０第１のブリッジ回路
１１ＣＰＵ
１３ａ第１のセンサ出力検出部
１３ｂ第２のセンサ出力検出部
１５ガス識別部
１９スピーカ
２１ａ〜２１ｃＬＥＤ
２５ａ第１のヒータ駆動回路
２５ｂ第２のヒータ駆動回路
２７電源回路
２８ａ第１のタイマー駆動回路
２８ｂ第２のタイマー駆動回路
３１センサ台座
３３基板
３５ダイアフラム
３７酸化膜
３９Ｓｉ_３Ｎ_４膜
４１電極
４３金線
４５触媒層
４７金網
ＤＰ１第１ガス検出ポイント
ＤＰ２第２ガス検出ポイント[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, a low-concentration gas component generated at the time of a fire is converted into carbon monoxide (CO) generated at the time of incomplete combustion or methane (CH generated at the time of city gas leakage). ₄ Further, the present invention relates to a gas detection device and a gas detection method for detecting gas generated at the time of fire and ethanol which becomes miscellaneous gas, respectively.
[0002]
[Prior art]
As a gas sensor for distinguishing between carbon monoxide generated at the time of incomplete combustion and methane generated at the time of city gas leakage, for example, a semiconductor type gas sensor has been conventionally used, and this semiconductor gas sensor uses catalytic activity. Distinguishing carbon monoxide from methane. FIG. 13 shows SnO ₂ The gas sensitivity characteristic of the semiconductor type gas sensor using a catalyst is shown.
[0003]
In FIG. 13, the horizontal axis represents the sensor element temperature, and the vertical axis represents the sensor resistance. As can be seen from FIG. 13, SnO ₂ The catalyst has a high activity for carbon monoxide in a low temperature region and a high activity for methane in a high temperature region. In other words, carbon monoxide has low sensor resistance at low temperatures and methane has low sensor resistance at high temperatures. Therefore, semiconductor gas sensors have the property of selecting carbon monoxide at low temperatures and methane at high temperatures. .
[0004]
For this reason, one gas sensor provided in the gas detection device is periodically and alternately driven in a low temperature range (for example, 100 ° C.) and a high temperature range (for example, 400 ° C.) by a pulse drive system as shown in FIG. By doing so, it is possible to detect the carbon monoxide gas concentration at the low temperature CO detection point (black circle in FIG. 14) and to detect the methane gas concentration at the high temperature methane detection point (black circle in FIG. 14). it can.
[0005]
As a conventional gas detector of this type, for example, a gas leak detector described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-143948 is known.
[0006]
As shown in FIG. 15, the gas leak detection device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-143948 includes a metal oxide sensitive body 102 whose resistance value decreases when it is exposed to a combustible gas, and the sensitive body 102. , A heater 103 that maintains a predetermined temperature, a voltage discriminating circuit 106 that detects a change in the resistance value of the sensitive body 101, a heater voltage control circuit 105 that changes the heater voltage of the heater 103 based on the output of the voltage discriminating circuit 106, And an arithmetic circuit 108 that detects temperature dependence based on a change in the resistance value of the sensitive body 101 and discriminates the type of combustible gas.
[0007]
According to such a gas leak detection apparatus, when the combustible gas touches the sensitive body 102 and the resistance value decreases and the potential at the point A falls below the set reference potential, the voltage discrimination circuit 106 is activated. The timer circuit 107 is activated, and the voltage applied to the heater 103 is changed by the heater voltage control circuit 105.
[0008]
The potential of the heater 103 before and after the voltage change is calculated by the arithmetic circuit 108, and the temperature dependence of the currently detected gas is calculated, whereby the type of gas can be detected.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional gas detector and the gas leak detector described in JP-A-59-143948, carbon monoxide generated during incomplete combustion and methane generated when city gas leaks Can be identified. Further, with respect to miscellaneous gases such as ethanol, it has been devised not to have sensitivity by using a filter material such as activated carbon or silica gel for the sensor element by the catalytic ability of the sensor itself.
[0010]
However, it was not possible to distinguish between gases generated during a fire, and carbon monoxide generated during incomplete combustion and miscellaneous gases such as ethanol generated when a city gas leaks. In addition, even the gas components generated in the event of a fire are not clearly understood.
[0011]
Therefore, the present invention detects a low-concentration gas component generated during a fire with higher sensitivity than other gases such as carbon monoxide generated during incomplete combustion or methane generated when a city gas leaks. An object of the present invention is to provide a gas detection device and a gas detection method capable of discriminating between gas generated at the time of a fire and ethanol as miscellaneous gas.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. According to a first aspect of the present invention, there is provided a gas detection device including a first gas sensor and a second gas sensor provided with a heater and a sensor element for detecting gas, and a first gas sensor set sufficiently long for an on time and an on time. The first gas sensor is turned on / off by a first pulse drive signal whose period is a total time of one off time, and the on time and a second off time set longer than the first off time, Pulse driving means for driving the second gas sensor on / off with a second pulse driving signal whose period is the total time of the first time, and detecting the first sensor output value of the first gas sensor during the on time and Sensor output detection means for detecting a second sensor output value of the second gas sensor, and comparing the first sensor output value detected by the sensor output detection means with the second sensor output value. Characterized in that it comprises a gas identifying means for identifying a kind of the gas based on the compare results.
[0013]
According to the gas detection device of the first aspect of the invention, the first off time and the second off time are set sufficiently longer than the on time, so that the gas (acetic acid) generated at the time of fire is at a low concentration The sensitivity of the sensor increases rapidly. For this reason, the sensor output value detected by the sensor output detection means also increases, and the gas identification means determines the gas components generated during the fire and other carbon monoxide and city generated during the incomplete combustion based on the sensor output value. A gas such as methane generated when a gas leaks can be easily identified. In addition, since the first off time and the second off time are different from each other, depending on the gas, there is a difference between the first sensor output value and the second sensor output value. Therefore, the sensor output values are compared and based on the comparison result. The type of gas can be identified.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the gas detection device according to the first aspect, the gas identifying means is configured such that the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or greater than a predetermined first threshold value, and When the second sensor output value exceeds the first sensor output value, the gas is determined to be a gas generated at the time of a fire.
[0015]
According to the invention of claim 2, when the second sensor output value exceeds the first sensor output value, the gas identifying means can determine that the gas is a gas generated in a fire.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the gas detection device according to the second aspect, the gas identifying means is configured such that the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or greater than a predetermined first threshold value and When the first sensor output value is substantially the same as the second sensor output value, the gas is determined as a miscellaneous gas.
[0017]
According to the invention of claim 3, the first sensor output value and the second sensor output value are not less than a predetermined first threshold value, and the first sensor output value is substantially the same value as the second sensor output value. In some cases, the gas can be determined as miscellaneous gas by the gas identification means.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the gas detection device according to the second or third aspect, wherein the gas identification unit is configured to output a first sensor output value and a second sensor output value smaller than the first threshold value. When it is 2 or more threshold values, it is determined that the gas is a gas generated at the time of non-fire.
[0019]
According to the invention of claim 4, when the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or greater than the second threshold value which is smaller than the first threshold value, the gas is non-fired by the gas identification means. It can be determined that the gas is sometimes generated.
[0020]
According to a fifth aspect of the present invention, in the gas detection device according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, the gas detection device further comprises an informing means for informing the identification result of the type of gas identified by the gas identifying means. And
[0021]
According to the invention of claim 5, since the identification result of the type of gas identified by the gas identifying means is notified, the type of generated gas can be easily identified, thereby improving safety. it can.
[0022]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the gas detection method, wherein the first gas sensor is turned on by a first pulse drive signal having a period of a total time of the on time and the first off time set sufficiently longer than the on time. Pulse to drive / turn off the second gas sensor with a second pulse drive signal having a cycle of a total time of the on time and the second off time set longer than the first off time. A driving step; a sensor output detecting step of detecting a first sensor output value of the first gas sensor and detecting a second sensor output value of the second gas sensor during the on-time; and the detected first sensor A gas identification step of comparing an output value with the second sensor output value and identifying the type of the gas based on a comparison result, and the operation and effect of the invention of claim 1 It is possible to obtain such action and effect.
[0023]
According to a seventh aspect of the present invention, in the gas detection method according to the sixth aspect, in the gas identification step, the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or greater than a predetermined first threshold value, and When the second sensor output value exceeds the first sensor output value, it is determined that the gas is a gas generated at the time of fire, and the operation similar to the operation and effect of the invention of claim 2 and An effect can be obtained.
[0024]
According to an eighth aspect of the present invention, in the gas detection method according to the seventh aspect, in the gas identification step, the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or greater than a predetermined first threshold value and When the first sensor output value is substantially the same as the second sensor output value, the gas is determined to be a miscellaneous gas, and the operation and effect similar to those of the invention of claim 3 and An effect can be obtained.
[0025]
According to a ninth aspect of the present invention, in the gas detection method according to the seventh or eighth aspect, in the gas identification step, the first sensor output value and the second sensor output value are smaller than the first threshold value. When it is 2 or more threshold values, it is determined that the gas is a gas generated at the time of non-fire, and the operation and effect similar to the operation and effect of the invention of claim 4 can be obtained.
[0026]
A tenth aspect of the present invention is the gas detection method according to any one of the sixth to ninth aspects, further comprising a notifying step for notifying a result of identifying the type of gas identified in the gas identifying step. Thus, the same actions and effects as those of the invention of claim 5 can be obtained.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a gas detection device and a gas detection method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0028]
The gas detection device and the gas detection method of the embodiment have a low-concentration gas component that is generated in the event of a fire, and is higher than other gases such as carbon monoxide that is generated during incomplete combustion and methane that is generated when city gas leaks. Sensitivity is detected, and further, gas generated at the time of fire and ethanol that becomes miscellaneous gas are distinguished from each other.
[0029]
(First embodiment)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a gas detection device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a detailed structural diagram of the gas sensor in the gas detection apparatus of the first embodiment. FIG. 3 is a timing chart of the temperature of the gas sensor in the gas detection apparatus according to the first embodiment.
[0030]
The gas detection apparatus shown in FIG. 1 has a first gas sensor 1 and a second gas sensor 5, and each gas sensor is, for example, a contact combustion type gas sensor, and this contact combustion type gas sensor has a gas detection element having a heater. (Hereinafter referred to as a sensor element) and a comparison element having a heater detect combustion heat generated when the gas is burned, and identify the gas based on the obtained sensor output.
[0031]
As shown in FIG. 2, the first gas sensor 1 has an element formed by applying an alumina-based catalyst 51 on a heater 2 made of a platinum coil of 20 μm to 50 μm, and the sensor element 3 having the heater 2 as this element. And a comparison element 4 having a heater 2.
[0032]
The sensor element 3 uses γ-alumina supporting palladium (Pd) as a catalyst, and the comparison element 4 uses γ-alumina or α-alumina as a catalyst. The catalyst 51 generates heat according to the amount of heat generated by the heater 2 and acts as a catalyst for gas combustion.
[0033]
Further, the sensor element 3, the comparison element 4, the resistor R11, and the resistor R12 constitute a first bridge circuit 10. And the voltage from the heater drive circuit 25a is applied to the terminal a and the terminal b of the 1st bridge circuit 10, and the output voltage V is taken out from the terminal c and the terminal d as a sensor output. That is, the first bridge circuit 10 includes a change in resistance value of the sensor element 3 caused by combustion heat generated when the sensor element 3 and the comparison element 4 burn gas, and a resistance value of the comparison element 4. The change is detected from a connection point between the sensor element 3 and the comparison element 4, and is output to a central processing unit (CPU) 11 described later as a sensor output.
[0034]
The second gas sensor 5 is also configured in the same manner as the first gas sensor 1, and an element is formed by applying an alumina-based catalyst 51 on the heater 6, and the sensor element 7 having the heater 6 as the element and the heater 6. And a comparison element 8 having
[0035]
The sensor element 7, the comparison element 8, the resistor R14, and the resistor R15 constitute a second bridge circuit 9. And the voltage from the heater drive circuit 25b is applied to the terminal e and the terminal f of the 2nd bridge circuit 9, and the output voltage V is taken out from the terminal g and the terminal h as a sensor output. That is, the second bridge circuit 9 includes a change in resistance value of the sensor element 7 caused by combustion heat generated when the sensor element 7 and the comparison element 8 burn gas, and a resistance value of the comparison element 8. The change is detected from the connection point between the sensor element 7 and the comparison element 8, and is output to the CPU 11 as a sensor output.
[0036]
The power supply circuit 7 supplies power to the first timer drive circuit 28a, the second timer drive circuit 28b, the first heater drive circuit 25a, and the second heater drive circuit 25b. The first timer drive circuit 28a and the second timer drive circuit 28b receive power from the power supply circuit 7 and drive a timer (not shown).
[0037]
The first heater drive circuit 25a generates a first pulse drive signal based on a timer signal from a timer driven by the first timer drive circuit 28a, and applies the generated first pulse drive signal to the heater 2. Thus, the first gas sensor 1 is turned on / off.
[0038]
As shown in FIG. 3A, the first pulse drive signal is a signal that repeats on / off at a cycle of 5.1 seconds, and the cycle is composed of an off time of 5 seconds and an on time of 0.1 seconds. .
[0039]
The second heater drive circuit 25b generates a second pulse drive signal based on the timer signal from the timer driven by the second timer drive circuit 28b, and applies the generated second pulse drive signal to the heater 6. Thus, the second gas sensor 5 is driven on / off.
[0040]
As shown in FIG. 3B, the second pulse drive signal is a signal that repeats on / off at a cycle of 30.1 seconds, and the cycle is composed of an off time of 30 seconds and an on time of 0.1 seconds. .
[0041]
That is, the first gas sensor 1 has an off time of 5 seconds, the second gas sensor 5 has an off time of 30 seconds, and each gas sensor is driven independently with a different off time.
[0042]
Also, as shown in FIGS. 3A and 3B, each gas sensor is driven off by a pulse drive signal to lower the temperature (RT.degree. C. is maintained for 9900 ms), and each gas sensor is turned on to increase the temperature (400 ° C. is maintained for 100 ms only). The first timer drive circuit 28a, the second timer drive circuit 28b, the first heater drive circuit 25a, and the second heater drive circuit 25b constitute pulse drive means.
[0043]
Further, as shown in FIG. 1, the CPU 11 includes a first sensor output detection unit 13a as a sensor output detection unit, a second sensor output detection unit 13b, and a gas identification unit 15 as a gas identification unit.
[0044]
The first sensor output detection unit 13a includes the first gas sensor 1 at the first gas detection point DP1 (black circle in FIG. 3A) during the period when the sensor temperature is 400 ° C. (on time). Sensor output value V in the off time (5 seconds) from the sensor element 3 ₅ Is detected.
[0045]
The second sensor output detection unit 13b receives the second gas sensor 5 at the second gas detection point DP2 (black circle in FIG. 3B) during the period when the sensor temperature is 400 ° C. (ON time). Sensor output value V from the sensor element 7 in the off time (30 seconds) ₃₀ Is detected.
[0046]
The gas identification unit 15 is configured to detect each sensor output value V detected by the first sensor output detection unit 13a and the second sensor output detection unit 13b. ₃₀ , V ₅ Is equal to or greater than a predetermined first threshold value SH1, the sensor output value V ₃₀ Is the sensor output value V ₅ Is greater than the sensor output value V ₃₀ Is the sensor output value V ₅ If it is greater than the range, it is determined that the gas to be identified is a gas (acetic acid) generated during a fire.
[0047]
In addition, the gas identification unit 15 outputs the sensor output value V ₃₀ Is the sensor output value V ₅ And the identification target gas is determined to be a miscellaneous gas, that is, ethanol.
[0048]
In addition, the gas identification unit 15 detects each sensor output value V detected by the sensor output detection unit 13. ₃₀ , V ₅ Is equal to or greater than a predetermined second threshold value SH2 that is smaller than the first threshold value SH1, the discrimination target gas is determined to be a gas (CO or methane or the like) that is generated during a non-fire.
[0049]
The CPU 11 also identifies an LED 21a that is lit to identify a gas such as acetic acid that is generated in the event of a fire, an LED 21b that is lit to identify a miscellaneous gas, and a gas such as carbon monoxide or methane that is not fired. The LED 21c that is lit to connect is connected. The speaker 19 notifies by voice that the gas is a fire gas. The speaker 19, LED 21a, LED 21b, and LED 21c constitute notification means.
[0050]
Next, prior to the description of the operation of the gas detection device of the first embodiment configured as described above, the gas detection device of the first embodiment employs a pulse drive system as shown in FIG. The reason will be described with reference to the drawings of FIGS.
[0051]
First, gas generated when the timber was fired, that is, various gases generated in the event of a timber fire were analyzed. FIG. 4 shows the gas analysis results when the timber is fired. The inorganic gas was measured by a gas chromatography method, and the low boiling point compound and the high boiling point compound were measured by a gas chromatography method and a mass spectrometry method. Quantitative analysis of formaldehyde and acetaldehyde was measured by liquid chromatography, and quantitative analysis of acetic acid and formic acid was measured by ion chromatography.
[0052]
As can be seen from FIG. 4, carbon monoxide (gas concentration 1120 ppm) and acetic acid (gas concentration 840 ppm) were detected as the main components of various gases generated during the fire of timber.
[0053]
Next, FIG. 5 to FIG. 10 show various gas, acetic acid, and ethanol sensitivity characteristics of the gas sensor 1 when the gas sensor 1 of the embodiment is operated by the pulse drive system as shown in FIG. 3 and the off time is changed. .
[0054]
FIG. 5 shows the CO concentration versus the sensor output characteristic according to the on / off period of the gas sensor. FIG. 6 shows the methane concentration versus the sensor output characteristic according to the on / off period of the gas sensor. FIG. 7 shows the hydrogen concentration versus the sensor output characteristic according to the on / off period of the gas sensor. FIG. 8 shows isobutane concentration vs. sensor output characteristics according to the on / off period of the gas sensor. FIG. 9 shows the acetic acid concentration versus the sensor output characteristic according to the on / off period of the gas sensor. FIG. 10 shows the ethanol concentration versus sensor output characteristics according to the on / off period of the gas sensor.
[0055]
In the examples shown in FIG. 5 to FIG. 10, the sensor output with respect to the gas concentration is shown when the on time is constant at 100 msec except for continuous energization, and the off time is 1 second, 5 seconds, 10 seconds, and 30 seconds. Yes. The sensor output (mV) shown here is obtained by amplifying the sensor output obtained from the sensor element by 50 times.
[0056]
As shown in FIGS. 5 to 8, in general gas species such as CO, methane, hydrogen, and isobutane, the sensitivity basically decreases as the off time increases. On the other hand, as shown in FIGS. 9 and 10, it can be seen that with regard to acetic acid and ethanol, the sensitivity at a low concentration increases rapidly as the off time increases.
[0057]
As this factor, acetic acid has high adsorptivity, and acetic acid adsorbed on the surface of the catalyst layer 45 at the time of turning off instantaneously undergoes a combustion reaction at turning on. It is considered that the amount of acetic acid adsorbed increases due to the longer off time, which gives a sensitivity amplification effect. It can also be seen from the fact that CO, which has a relatively high adsorptivity even for gas, shows a slightly higher sensitivity when driven on / off compared to continuous energization.
[0058]
Therefore, in the pulse drive system as shown in FIG. 3, for example, by setting the off time to 5 seconds or more, the acetic acid generated at the time of fire is detected without being affected by other gases such as CO and methane, The fire can be judged.
[0059]
Furthermore, the sensitivity characteristics are equal for ethanol for 5 seconds or more, but for acetic acid, the output is different at low concentrations even for 5 seconds or more. That is, the first gas sensor 1 has an off time of 5 seconds, the second gas sensor 5 has an off time of 30 seconds, and each gas sensor is independently driven to compare the sensor output values to distinguish between ethanol and acetic acid. It is possible.
[0060]
Next, the operation of the gas detection device of the first embodiment configured as described above, that is, the gas detection method will be described with reference to the timing chart shown in FIG. 3 and the flowchart shown in FIG.
[0061]
First, a first threshold value and a second threshold value smaller than the first threshold value are set (step S101), and then the first heater drive circuit 25a is connected to the first threshold value shown in FIG. The first gas sensor 1 is driven by one pulse drive signal, and the second heater drive circuit 25b drives the second gas sensor 5 by the second pulse drive signal shown in FIG. 3B (step S103).
[0062]
Next, the first sensor output detection unit 13a performs the off-time (5 seconds) at the first gas detection point DP1 (black circle in FIG. 3A) of the on-time when the sensor temperature becomes 400 ° C. The sensor output value from the sensor element 3 of the first gas sensor 1 is detected, and the detected sensor output value is A / D converted by an analog / digital converter (A / D) (not shown), whereby the voltage value V ₅ Is obtained (step S105).
[0063]
Next, the second sensor output detection unit 13b performs the off-time (30 seconds) at the second gas detection point DP2 (black circle in FIG. 3B) of the on-time when the sensor temperature reaches 400 ° C. The sensor output value from the sensor element 7 of the second gas sensor 5 is detected, and the detected sensor output value is A / D converted by an analog / digital converter (A / D) (not shown) to thereby obtain a voltage value V ₃₀ Is obtained (step S107).
[0064]
Further, the gas identification unit 15 obtains the obtained voltage value V ₃₀ , V ₅ Are each equal to or higher than the first threshold value (step S109), and the voltage value V ₃₀ , V ₅ Is greater than or equal to the first threshold value, the sensor output value V ₃₀ Is the sensor output value V ₅ It is judged whether it is larger than (step S111). Sensor output value V ₃₀ Is the sensor output value V ₅ If it is greater than that, it is determined that the gas to be identified is a gas (acetic acid) generated during a fire (step S113).
[0065]
In this case, the LED 21a is turned on by the fire alarm signal from the CPU 11 to perform a fire alarm (step S115), so that it is possible to easily identify that the identification target gas is a gas such as acetic acid generated at the time of a fire. Further, the speaker 19 notifies that the identification target gas is a gas at the time of fire.
[0066]
In step S111, the sensor output value V ₃₀ Is the sensor output value V ₅ If it is not larger than the value, the gas identification unit 15 determines that the sensor output value V ₃₀ Is the sensor output value V ₅ Whether or not the sensor output value V is determined (step S117). ₃₀ Is the sensor output value V ₅ And the gas identification unit 15 determines that the identification target gas is a miscellaneous gas, that is, ethanol (step S119). In this case, since the LED 21b is turned on by an alarm signal from the CPU 11, it can be easily identified that the identification target gas is a miscellaneous gas.
[0067]
On the other hand, in step S109, the obtained voltage value V ₃₀ , V ₅ Is less than the first threshold value, the obtained voltage value V ₃₀ , V ₅ Is greater than or equal to the second threshold value (step S121), and the voltage value V ₃₀ , V ₅ Is equal to or greater than the second threshold value, the gas identification unit 15 determines that the identification target gas is a gas generated during a non-fire (step S123). In this case, since the LED 21c is turned on by an alarm signal from the CPU 11, it can be easily identified that the gas to be identified is a gas such as carbon monoxide or methane generated during a non-fire.
[0068]
As described above, according to the gas detection device of the first embodiment, the gas sensors 1 and 5 are driven to be turned on / off by the pulse drive signal in which the off time is set sufficiently long with respect to the on time. When the drive signal OFF time becomes sufficiently long, the sensor sensitivity at the time of low concentration of the gas generated at the time of fire suddenly increases. For this reason, the detected sensor output value is also increased, and based on the sensor output value, gas components generated at the time of fire and other gases such as methane generated at the time of leakage of carbon monoxide and city gas generated at the time of incomplete combustion, for example. Thus, it is possible to detect a fire without being affected by gases such as carbon monoxide and methane.
[0069]
In addition, the first sensor output value and the second sensor output value are compared by alternately driving the first off time and the second off time having different sizes using the two gas sensors 1 and 5. As a result, it is possible to distinguish ethanol, which is a miscellaneous gas, from gas such as acetic acid when a fire occurs.
[0070]
Moreover, since the effect is notified by the speaker 19 or the LEDs 21a to 21c, the type of gas can be easily identified, and safety can be improved.
[0071]
(Second Embodiment)
Next, a gas detection apparatus according to a second embodiment will be described. The gas detection device of the second embodiment is characterized in that a micro gas sensor is used as the gas sensor. The other configuration of the gas detection device other than the gas sensor is the same as the configuration shown in FIG.
[0072]
FIG. 12 is a detailed structural diagram of a gas sensor in the gas detection device according to the second embodiment. FIG. 12A shows a cross-sectional view of the gas sensor 1, and FIG. 12B shows a top view of the gas sensor.
[0073]
The first gas sensor 1 includes a heater 2 made of platinum (Pt) that heats the catalyst, a sensor element 3 that detects various gases, and a comparison element 4. The first gas sensor 1 is formed of a microsensor, has a sensor element 3 and a comparison element 4, and detects gas with the sensor element 3 and the comparison element 4.
[0074]
A substrate 33 made of silicon single crystal is provided on the sensor base 31, and a diaphragm 35 is formed on the substrate 33. The diaphragm 35 is formed by anisotropically etching the substrate 33.
[0075]
Each of the sensor element 3 and the comparison element 4 is provided on the substrate 33, and is in contact with the diaphragm 35 and is laminated on the diaphragm 35. ₂ Oxide film 37 made of film and Si ₃ N ₄ It is laminated on the film 39.
[0076]
Each of the sensor element 3 and the comparison element 4 has a heater 2, the heater 2 of the sensor element 3 is connected to the electrodes 41a and 41b, and the heater 2 of the comparison element 4 is connected to the electrodes 41c and 41d. The electrodes 41a to 41d are fixed by wire bonding of gold (gold wire 43).
[0077]
The sensor element 3 includes a heater 2 and a catalyst layer 45 that is laminated on the heater 2 and uses γ-alumina supported by 5 to 15 wt% of palladium (Pd) as a catalyst. The comparison element 4 includes a heater 2 and a catalyst layer (not shown) laminated on the heater 2 and using γ-alumina or α-alumina as a catalyst. The heater 2 promotes gas combustion, and the catalyst layer 45 generates heat according to the amount of heat generated by the heater 2 and acts as a catalyst for gas combustion.
[0078]
On the other hand, the second gas sensor 5 includes a heater 6 made of platinum (Pt) for heating the catalyst, a sensor element 7 for detecting various gases, and a comparison element 4. The second gas sensor 5 includes a sensor element 7 and a comparison element 8, and the sensor element 7 and the comparison element 8 detect gas. The second gas sensor 5 has basically the same configuration as that of the first gas sensor 1.
[0079]
Even when the first gas sensor 1 and the second gas sensor 5 each including the microsensor having the above-described configuration are used, the same effect as that of the gas detection device according to the first embodiment can be obtained.
[0080]
Note that the present invention is not limited to the gas detection method and gas detection apparatus of the above-described embodiment. In the embodiment, each of the first and second on times is 0.1 second, the first off time is about 30 seconds, and the second off time is about 5 seconds. However, each of the first and second on times is For example, the first off time may be about 30 seconds and the second off time may be about 5 seconds.
[0081]
【The invention's effect】
According to the gas detection device of the first aspect of the invention and the gas detection method of the sixth aspect of the invention, since the first off time and the second off time are set sufficiently longer than the on time, Sensor sensitivity at a low concentration of the generated gas (acetic acid) increases rapidly. For this reason, the sensor output value detected by the sensor output detection means also increases, and the gas identification means determines the gas components generated during the fire and other carbon monoxide and city generated during the incomplete combustion based on the sensor output value. A gas such as methane generated when a gas leaks can be easily identified. In addition, since the first off time and the second off time are different from each other, depending on the gas, there is a difference between the first sensor output value and the second sensor output value. Therefore, the sensor output values are compared and based on the comparison result. The type of gas can be identified.
[0082]
According to the gas detection device of the second aspect of the invention and the gas detection method of the seventh aspect of the invention, the first sensor output value and the second sensor output value are greater than or equal to a predetermined first threshold value and the second value. When the sensor output value exceeds the first sensor output value, the gas can be determined as a gas generated in the event of a fire.
[0083]
According to the gas detection device of the invention of claim 3 and the gas detection method of the invention of claim 8, the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or more than a predetermined first threshold and the first When the sensor output value is substantially the same value as the second sensor output value, the gas can be determined as a miscellaneous gas.
[0084]
According to the gas detection device of the invention of claim 4 and the gas detection method of the invention of claim 9, the first sensor output value and the second sensor output value are not less than the second threshold value which is smaller than the first threshold value. In some cases, it can be determined that the gas is generated during a non-fire.
[0085]
According to the gas detection device of the fifth aspect of the invention and the gas detection method of the tenth aspect of the invention, since the identification result of the identified gas type is notified, the generated gas type can be easily identified. This can improve safety.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a gas detection device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed structural diagram of a gas sensor in the gas detection device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a timing chart of the temperature of the gas sensor in the gas detection device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a gas analysis result when timber is fired.
FIG. 5 is a graph showing CO concentration versus sensor output characteristics according to the on / off period of the gas sensor.
FIG. 6 is a graph showing methane concentration versus sensor output characteristics according to the on / off period of the gas sensor.
FIG. 7 is a graph showing hydrogen concentration versus sensor output characteristics according to the on / off cycle of the gas sensor.
FIG. 8 is a graph showing isobutane concentration versus sensor output characteristics according to the on / off period of the gas sensor.
FIG. 9 is a graph showing acetic acid concentration versus sensor output characteristics according to the on / off period of the gas sensor.
FIG. 10 is a graph showing ethanol concentration versus sensor output characteristics according to the on / off period of the gas sensor.
FIG. 11 is a flowchart for explaining a gas detection method realized by the gas detection device according to the first embodiment;
FIG. 12 is a detailed structural diagram of a gas sensor in a gas detection device according to a second embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing gas sensitivity characteristics of a semiconductor gas sensor using a conventional catalyst.
FIG. 14 is a timing chart of the temperature of the gas sensor in the conventional gas detection device.
FIG. 15 is a configuration block diagram of a conventional gas leak detection device.
[Explanation of symbols]
1 First gas sensor
2,6 heater
3,7 Sensor element
4,8 Comparison element
5 Second gas sensor
9 Second bridge circuit
10 First bridge circuit
11 CPU
13a 1st sensor output detection part
13b Second sensor output detector
15 Gas identification part
19 Speaker
21a-21c LED
25a First heater drive circuit
25b Second heater driving circuit
27 Power supply circuit
28a First timer driving circuit
28b Second timer driving circuit
31 Sensor base
33 Substrate
35 Diaphragm
37 Oxide film
39 Si ₃ N ₄ film
41 electrodes
43 Gold wire
45 Catalyst layer
47 Wire mesh
DP1 1st gas detection point
DP2 Second gas detection point

Claims

A first gas sensor and a second gas sensor provided with a heater and a sensor element for detecting gas;
The first gas sensor is driven to be turned on / off by a first pulse drive signal whose period is a total time of an on time and a first off time set sufficiently long with respect to the on time. Pulse driving means for driving the second gas sensor on / off with a second pulse driving signal whose period is a total time with a second off time set longer than the first off time;
Sensor output detecting means for detecting a first sensor output value of the first gas sensor and detecting a second sensor output value of the second gas sensor during the on-time;
Gas identifying means for comparing the first sensor output value detected by the sensor output detection means with the second sensor output value and identifying the type of the gas based on the comparison result. Detection device.

When the first sensor output value and the second sensor output value are greater than or equal to a predetermined first threshold value and the second sensor output value exceeds the first sensor output value, the gas identification means The gas detection device according to claim 1, wherein the gas is determined as a gas generated in a fire.

The gas identifying means is configured such that the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or greater than a predetermined first threshold value, and the first sensor output value is substantially the same value as the second sensor output value. The gas detection device according to claim 2, wherein in some cases, the gas is determined to be a miscellaneous gas.

When the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or greater than a second threshold value that is smaller than the first threshold value, the gas identification means is configured to determine that the gas is a gas generated during a non-fire. The gas detection device according to claim 2, wherein the determination is performed.

The gas detection apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising an informing unit that informs the identification result of the type of gas identified by the gas identifying unit.

The first gas sensor is turned on / off by a first pulse drive signal having a period of a total time of the on time and the first off time set sufficiently long with respect to the on time, and the on time and the first time are A pulse driving step of driving the second gas sensor on / off with a second pulse driving signal whose period is a total time with a second off time set longer than one off time;
A sensor output detection step of detecting a first sensor output value of the first gas sensor and detecting a second sensor output value of the second gas sensor during the on-time;
A gas identifying step of comparing the detected first sensor output value and the second sensor output value and identifying the type of the gas based on a comparison result;
A gas detection method comprising:

In the gas identification step, the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or greater than a predetermined first threshold value, and the second sensor output value exceeds the first sensor output value. 7. The gas detection method according to claim 6, wherein the gas is determined as a gas generated at the time of a fire.

In the gas identification step, the first sensor output value and the second sensor output value are greater than or equal to a predetermined first threshold value, and the first sensor output value is substantially the same value as the second sensor output value. The gas detection method according to claim 7, wherein in some cases, the gas is determined to be a miscellaneous gas.

In the gas identification step, when the first sensor output value and the second sensor output value are equal to or greater than a second threshold value smaller than the first threshold value, The gas detection method according to claim 7 or 8, wherein the determination is performed.

The gas detection method according to any one of claims 6 to 9, further comprising a notifying step for notifying a result of identifying the type of gas identified in the gas identifying step.