JP3754686B2

JP3754686B2 - ガス検知方法およびその装置

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Publication number: JP3754686B2
Application number: JP2003317764A
Authority: JP
Inventors: 亜矢子木戸; 隆彦笹原
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP2005083949A

Description

本発明は、ガス検知方法およびその装置に関し、特に接触燃焼式ガスセンサを用いて有極性ガスを検知するガス検知方法およびその装置に関するものである。

この種のガス検知方法および装置の１つとして、出願人により先に特願２００３−３８５１２号として提案されているものがある。ここで提案されている技術では、シリコン基板上に薄膜ダイアフラムを形成した熱容量の小さい接触燃焼式ガスセンサが使用される。このセンサの特徴として、通電オフ期間と通電オン期間を含む所定周期のパルスで駆動した場合、イソブタン、メタン、水素、ＣＯ等の無極性または低有極性ガスの検出時には、従来の接触燃焼式ガスセンサと同様のセンサ出力を示す。しかし、エタノール等の極性の大きい有極性ガスは吸着作用があるため、有極性ガスの検出時には、通電オン期間の開始直後に吸着燃焼による大きなピーク波形を有するセンサ出力が得られる。無極性ガスか有極性ガスは、このピークの有無により判別できる。また、有極性ガスの種類判別は、出力波形の立ち上がり部の最大微分値を得、この微分値を有極性ガスの種類に応じた所定のしきい値と比較することにより、有極性ガスの種類判別が可能になっている。

しかしながら、最大微分値によるガス種の判別は、微分ピーク値が濃度に対して依存性を有するため、判別すべきガスの濃度がガス種によって異なっている場合には、ガス種の判別の精度が悪くなるという問題がある。

そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、濃度に対する依存性を持つことなくより精度の高いガス種の判別が可能な接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検知方法およびその装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明のガス検知方法は、接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を微分して微分応答波形データを取得し、該微分応答波形データにおけるピーク位置とピーク数とに基づいて有極性ガスのガス種を判別することを特徴とする。

請求項２記載の発明のガス検知方法は、通電オフ期間および通電オン期間を含む所定周期のパルスで駆動される接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を用いて有極性ガスを検知するガス検知方法であって、前記通電オン期間中に実測した前記センサ出力である実測データを判定データとして取り込む判定データ取込ステップと、前記判定データを微分して微分応答波形データを取得する微分応答波形データ取得ステップと、前記通電オン期間の開始時点から所定時間内に得られた前記微分応答波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間をピーク位置としかつ前記変極点の数をピーク数として算出するピーク算出ステップと、前記ピーク算出ステップで算出された前記ピーク位置およびピーク数を、複数種類の有極性ガスに関する前記ピーク位置およびピーク数の基準ピークデータを含む微分応答波形データベースと比較して、有極性ガスのガス種を判別するガス種判別ステップとを含むことを特徴とする。

請求項３記載の発明のガス検知方法は、通電オフ期間および通電オン期間を含む所定周期のパルスで駆動される接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を用いて有極性ガスを検知するガス検知方法であって、判別すべき有極性ガスの存在しない雰囲気中において前記通電オン期間中に取り込まれた前記センサ出力である補正データを取り込む補正データ取込ステップと、判別すべき有極性ガスが存在する雰囲気中において、前記通電オン期間中の前記センサ出力を実測データとして取り込む実測データ取込ステップと、取り込まれた前記実測データから前記補正データを引いた差分データを判定データとして算出する判定データ算出ステップと、前記判定データを微分して微分応答波形データを取得する微分応答波形データ取得ステップと、前記通電オン期間の開始時点から所定時間内に得られた前記微分応答波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間をピーク位置としかつ前記変極点の数をピーク数として算出するピーク算出ステップと、前記ピーク算出ステップで算出された前記ピーク位置およびピーク数を、複数種類の有極性ガスに関する前記ピーク位置およびピーク数の基準ピークデータを含む微分応答波形データベースと比較して、有極性ガスのガス種を判別するガス種判別ステップとを含むことを特徴とする。

請求項４記載の発明のガス検知装置は、通電オフ期間および通電オン期間を含む所定周期のパルスで駆動される接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を用いて有極性ガスを検知するガス検知装置であって、前記通電オン期間中に実測した前記センサ出力である実測データを判定データとして取り込むセンサ出力検出部と、前記判定データを微分演算して微分応答波形データを取得すると共に、前記通電オン期間の開始時点から所定時間内に得られた前記微分応答波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間をピーク位置としかつ前記変極点の数をピーク数として算出する微分値演算部と、複数種類の有極性ガスに関する前記ピーク位置およびピーク数のピーク基準データを含む微分応答波形データベースを予め格納している記憶部と、前記微分値演算部で算出された前記ピーク位置およびピーク数を、前記微分応答波形データベースと比較して、有極性ガスのガス種を判別するガス種検出部とを含むことを特徴とする。

請求項５記載の発明のガス検知装置は、通電オフ期間および通電オン期間を含む所定周期のパルスで駆動される接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を用いて有極性ガスを検知するガス検知装置であって、判別すべき有極性ガスの存在しない雰囲気中において前記通電オン期間中に取り込まれた前記センサ出力である補正データを予め格納している記憶部と、判別すべき有極性ガスが存在する雰囲気中において、前記通電オン期間中の前記センサ出力である実測データを判定データとして取り込み、取り込まれた前記実測データから前記補正データを引いた差分データを判定データとして算出するセンサ出力検出部と、前記判定データを微分演算して微分応答波形データを取得すると共に、前記通電オン期間の開始時点から所定時間内に得られた前記微分応答波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間をピーク位置としかつ前記変極点の数をピーク数として算出する微分値演算部と、前記微分値演算部で算出された前記ピーク位置およびピーク数を、前記記憶部に予め格納されている、複数種類の有極性ガスに関する前記ピーク位置およびピーク数のピーク基準データを含む微分応答波形データベースと比較して、有極性ガスのガス種を判別するガス種検出部とを含むことを特徴とする。

請求項１記載の発明のガス検知方法によれば、ガス濃度に対する依存性を持つことなく、より精度の高いガス種の判別が可能となる。

請求項２記載の発明のガス検知方法によれば、ガス濃度に対する依存性を持つことなく、より精度の高いガス種の判別が可能となる。

請求項３記載の発明のガス検知方法によれば、ガス濃度に対する依存性を持つことなくかつ補正されたセンサ出力を検出することができ、より精度の高いガス種の判別が可能となる。

請求項４記載の発明のガス検知装置によれば、ガス濃度に対する依存性を持つことなく、より精度の高いガス種の判別が可能となる。

請求項５記載の発明のガス検知装置によれば、ガス濃度に対する依存性を持つことなくかつ補正されたセンサ出力を検出することができ、より精度の高いガス種の判別が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検知方法を実施するガス検知装置の構成例を示すブロック図、図２は、図１のガス検知装置で用いられる駆動パルスの波形例を示すタイミングチャート、図３は、図１のガス検知装置で用いられる接触燃焼式ガスセンサの構成例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図および（Ｃ）は平面図におけるＡ−Ａ線断面図である。

ガス検知装置１は、コントローラ１０と、駆動電源２０と、出力部３０と、検出用のブリッジ回路を含む接触燃焼式ガスセンサ４０とから構成される。コントローラ１０には、駆動電源２０、出力部３０および接触燃焼式ガスセンサ４０が接続されている。

ガス検知装置１では、図２に示すような波形を有する駆動パルスが供給されて通電制御され、この接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力に基づいて、コントローラ１０にて所望のガス種が検知され出力される。

コントローラ１０は、センサ駆動制御部１１、記憶部１２、センサ出力検出部１３、積分値演算部１４、ガス濃度検出部１５、微分値演算部１６、ガス種検出部１７および計時部１８を含んで構成される。図示しないが、コントローラ１０は、タイマ部等も有している。このコントローラ１０は、たとえば、マイクロコンピュータにて具現化可能である。

センサ駆動制御部１１は、計時部１８から供給されるクロック信号を参照しつつ駆動電源２０を通電制御して、接触燃焼式ガスセンサ４０に対して図２に示すような駆動パルスを所定周期で与える。詳しくは、駆動パルスは、たとえば３０秒の通電オフ期間と２００ミリ秒の通電オン期間とで１周期が構成される駆動波形を有する駆動パルスを継続的に発生させる。

記憶部１２には、判別すべき有極性ガスが存在しない雰囲気中で予め求められた補正データと、判別すべき有極性ガスの複数種類に関する積分感度とガス濃度の関係を示す基準積分感度データを含む積分感度データベースと、複数種類の有極性ガスに関するピーク位置およびピーク数のピーク基準データを含む微分応答波形データベースとが予め格納されている。また、記憶部１２には、図７に示す処理時に一時的に発生するデータも格納される。

センサ出力検出部１３は、駆動パルスにより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動されたときの各センサ出力を、各通電オン期間にわたって時系列的に検出する。検出されたセンサ出力は、対応する処理が終了するまで記憶部１２に一時的に保存される。

積分値演算部１４は、計時部１８から供給されるクロック信号を参照しつつ、通電オン期間時における接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力の所定時間にわたる積分値を演算する。詳しくは、積分値演算部１４は、検知すべきガスのピーク値に対応するタイミングを含む通電オン期間の所定時間にわたって、センサ出力検出部１３からのセンサ出力をサンプリングすると共に、サンプリングされたデータを積分する。

ガス濃度検出部１５は、積分値演算部１４からの積分値に基づいて、ガス濃度を検出する。

微分値演算部１６は、計時部１８から供給されるクロック信号を参照しつつ、通電オン期間時における接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力の所定時間にわたる判定データを微分演算して微分応答波形データを取得すると共に、通電オン期間の開始時点から所定時間内に得られた微分応答波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間をピーク位置としかつ変極点の数をピーク数として算出する。

ガス種検出部１７は、微分値演算部１６にて求められたピーク位置およびピーク数に基づいて、有極性ガスのガス種を検出する。

駆動電源２０は、既成の電池等が用いられる。また、出力部３０は、ガス濃度検出部１５で検出されたガス濃度と、ガス種検出部１７で検出されたガス種とを出力する。この出力部３０は、たとえば、ガス種検出結果の出力例として、有極性ガスの種類を直接文字表示すると共にガス濃度を数字表示するＬＣＤ（液晶ディスプレイ）およびその駆動回路であってもよいし、有極性ガスの種類を色分表示したり点滅するＬＥＤ及びその駆動回路等であってもよい。また、ブザー等の可聴信号にてガス検出結果を出力するようにしてもよい。

接触燃焼式ガスセンサ４０は、センサ駆動制御部１１にて図２で示すような駆動パルスが供給されて間欠的に駆動する。この接触燃焼式ガスセンサ４０は、図３に示すように、感応素子部Ｒｓおよび補償素子部Ｒｒから構成されている。感応素子部Ｒｓは、白金（Ｐｔ）ヒータ４２および白金族、たとえばパラジウム（Ｐｄ）を担持したアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）からなるＰｄ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４３を含み、補償素子部Ｒｒは、白金（Ｐｔ）ヒータ４４およびアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）層４５を含む。詳しくは、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、この接触燃焼式ガスセンサ４０は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ４１の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜４８ｃ、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜４８ｂおよび酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）膜４８ａからなる絶縁薄膜が成膜され、その上に、感応素子部Ｒｓとして白金（Ｐｔ）ヒータ４２およびＰｄ／Ａｌ₂Ｏ₃触媒層４３、補償素子部Ｒｒとして白金（Ｐｔ）ヒータ４４およびアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）層４５が形成されている。また、図３（Ｃ）に示すように、異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイアフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。

白金（Ｐｔ）ヒータ４２および４４は、固定抵抗Ｒ１およびＲ２と可変抵抗Ｒｖと共にブリッジ回路を構成している。そして、このブリッジ回路において、白金（Ｐｔ）ヒータ４２および固定抵抗Ｒ１の接続点、並びに白金（Ｐｔ）ヒータ４４および固定抵抗Ｒ２の接続点には、コントローラ１０のセンサ駆動制御部１１からの駆動パルスが所定のインターバルで間欠的に供給される。また、白金（Ｐｔ）ヒータ４２および白金（Ｐｔ）ヒータ４４の接続点と、可変抵抗Ｒｖの可動端子は、コントローラ１０のセンサ出力検出部１３に接続され、それにより、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力としての電圧値がセンサ出力検出部１３に供給される。

このような接触燃焼式ガスセンサ４０を使用するに際しては、まず、検出動作開始前に、センサ出力検出部１３に供給されるセンサ出力が中間電位になるように可変抵抗Ｒｖを調整する。この状態において、検出すべきガスが感応素子部Ｒｓに触れると触媒作用により、この素子の表面で酸化されて反応熱が生じる。この反応熱により、白金（Ｐｔ）ヒータ４２の抵抗値が上昇し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れ、コントローラ１０にセンサ出力が供給される。この場合、白金（Ｐｔ）ヒータ４４は、周囲温度の変動による白金（Ｐｔ）ヒータ４２の抵抗値の変動を相殺し、反応熱に起因するＰｔヒータ４２の抵抗値の変動成分のみを取り出せるように温度補償する。

ここで、本発明に係るガス検知方法の基本的な考え方について、図４〜図９を参照しながら説明する。図４は、本発明で用いられる補正データの波形を示すグラフである。図５は、有極性ガスの実測データの波形を示すグラフである。図６は、補正データ、実測データおよび判定データの関係を示す図である。図７は、有極性ガスの判定データの波形例を示すグラフである。図８は、図７に示す有極性ガスの判定データ波形に対応する微分応答波形を示すグラフである。図９は、図８における微分応答波形の一部を拡大したグラフである。

ガス検知装置１の記憶部１２には、補正データが予め格納されている。この補正データは、次のようにして予め格納される。すなわち、検出すべき有極性ガスの存在しない純粋な空気中にガス検知装置１が配置され、図２に示すような矩形波の駆動パルスより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動される。次いで、駆動パルスの通電オン期間におけるセンサ出力が検出され、このセンサ出力が、補正データとして記憶部１２に格納されるのである。

補正データの波形例は、図４に示されている。なお、図４において、横軸におけるＰ_ONおよびＰ_OFFは、それぞれ、図２で示した駆動パルスにおける通電オン期間の開始時点および終了時点を示す。

一方、検出すべき有極性ガスが存在する雰囲気中にガス検知装置１が配置され、図２に示すような矩形波の駆動パルスより接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動される。次いで、駆動パルスの通電オン期間におけるセンサ出力が検出され、このセンサ出力が、実測データとして記憶部１２に一時的に格納される。

実測データの波形例は、図５に示されている。なお、図５において、横軸におけるＰ_ONおよびＰ_OFFは、それぞれ、図２で示した駆動パルスにおける通電オン期間の開始時点および終了時点を示す。

次に、実測データから補正データを引いた差分データが算出され、この差分データが判定データｙ［ｎ］とされる。ここで、判定データｙ［ｎ］を、ｙ［ｎ］の測定時間ｔ_nに対してプロットしたデータ群をセンサ出力の応答波形データとする。

図６は、実測データから補正データを引いて判定データが算出されることを波形で示す説明図である。なお、図６において、Ｐ_ONおよびＰ_OFFは、それぞれ、図２で示した駆動パルスにおける通電オン期間の開始時点および終了時点を示す。また、Ｐ_INTは、応答波形データにおいて定常値ｙ_sに達する定常値到達時点を示す。

吸着燃焼したガスの総量は、応答波形データにおける定常値ｙ_sを超える部分の面積に依存するため、その面積が積分感度Ｓとして算出される。
Ｓ＝ｔ・（Σｙ［ｎ］−ｎ・ｙ_s）・・・・・・・・・・・・・（１）
ここで、ｔ＝Ｐ_OFF−Ｐ_ONであり、ｎはセンサ出力のサンプリング回数を示す。算出された積分感度Ｓは、記憶部１２に一時的に格納される。

次に、判定データｙ［ｎ］からその微分値Ｙｄｉｖ［ｎ］が算出される。ここで、Ｙｄｉｖ［ｎ］をｙ［ｎ］の測定時間ｔ_nに対してプロットしたデータ群を微分応答波形とする。
Ｙｄｉｖ［ｎ］＝ｄ（ｙ［ｎ＋１］−ｙ［ｎ］）／ｄｔ・・・・（２）

次に、通電オン期間の開始時点から所定時間内の微分応答波形において微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間ｔ_pをピーク位置とし、変極点の数ｍをピーク数として算出する。上述の所定時間は、たとえば、図６における判定データの通電オン期間の開示時点Ｐ_ONから定常値到達時点Ｐ_INTまでと設定される。

このピーク位置ｔ_pおよびピーク数ｍは、記憶部１２に予め格納されている各種ガスの微分応答波形データベースと比較される。ここで、各種ガスの微分応答波形データベースは、実験等に基づいて求められた複数種類の有極性ガスに対応する微分応答波形におけるピーク位置ｔ_pおよびピーク数ｍの基準ピークデータとして、記憶部１２に予め格納されている。

そして上述の比較の結果、このピーク位置ｔ_pおよびピーク数ｍと同じピーク位置およびピーク数を有する微分応答波形を有するガス種があれば、実測された特定の有極性ガスは、そのガス種として判別される。

次に、記憶部１２に一時的に格納された積分感度の実測値が読み出され、記憶部１２に予め格納されている各種ガスの積分感度データベースと照らし合わされる。ここで、各種ガスの積分感度データベースは、実験等に基づいて求められた各種ガスに対応するガス濃度と積分感度値の関係を表す基準積分感度データとして、記憶部１２に予め格納されている。

そして上述の照合の結果、積分感度の実測値は、積分感度データベースにおける判別されたガス種におけるガス濃度と積分感度値の関係に基づいて、ガス濃度として定量化される。

このように、検出すべき任意の有極性ガスの種類とガス濃度は、センサ出力の微分応答波形データにおけるピーク位置およびピーク数と、ガス検知装置１の記憶部１２に予め格納されている補正データとガス種毎の微分応答波形データベースおよび積分感度データベースとに基づいて判別され、定量化される。

図７は、各種ガス、たとえば各種アルコールの応答波形（センサ出力）を示す図である。図７において、横軸は時間（ｍｓ；ミリ秒）であり、縦軸は電圧（Ｖ；ボルト）である。応答波形（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、濃度１０００ｐｐｍのメタノール、エタノール、１−プロパノール、２プロパノール、５００ｐｐｍの１−ブタノールおよび５００ｐｐｍの２−ブタノールを示す。

駆動パルスの通電オン期間により白金（Ｐｔ）ヒータ４２，４４をオンにしてから約１００ｍｓ経過するまでの間に、いずれのアルコールにおいても２−プロパノールと同様に山型の応答波形を示すが、この応答波形の形状は、アルコール種によって異なる。

これらの応答波形は、立ち上がりの傾きが非常に特徴的であり、アルコール毎の差異をより明確にするために本発明では応答波形の微分を行っている。

図８は、図７に示す各種アルコールに対するセンサ応答波形の微分後の微分応答波形を示す図である。図８において、横軸は時間（ｍｓ；ミリ秒）であり、縦軸は微分値であるが、各種アルコールの微分応答波形を見やすくするために任意単位（a.u.）としている。図８の一部拡大波形を示す図９を見ると、次のようなことが分かる。
（１）メタノールの微分応答波形（ａ）は、約１７ｍｓにブロードなピークを持つ。
（２）エタノールの微分応答波形（ｂ）は、約４ｍｓに比較的大きなピークｂ１を示す。（３）１−プロパノールの微分応答波形（ｃ）は、約４ｍｓと約７．５ｍｓに２つの大きなピークｃ１，ｃ２を示し、ピークの裾は４０ｍｓ付近まで広がっている。
（４）１−ブタノールの微分応答波形（ｅ）は、約４．５ｍｓのピークｅ１を示し、ピークの裾は４０ｍｓ付近まで広がっている。

このように、第１アルコールの微分ピークは、アルコール鎖の炭素数によって出現位置（ピーク位置）、ピーク数および形状が明らかに異なる。

さらに、第２アルコールでは、
（５）２−プロパノールの微分応答波形（ｄ）は、シャープな約４ｍｓのピークｄ１とブロードな約１７ｍｓのピークを示す。
（６）２−ブタノールの微分応答波形（ｆ）は、２つに分離した４．５ｍｓ付近のピークｆ１と、ブロードな約１７ｍｓのピークを示す。

このように、第２アルコールは、約４ｍｓのピークとブロードな１７ｍｓの２つのピークからなるため、第１アルコールと構造の違いを判別することができる。また、第１、第２に係わらず、プロパノールでは４ｍｓに、ブタノールでは４．５ｍｓの位置に共通のピークが観察される。

これらのことから、微分応答波形のピーク位置、ピーク数、ピーク形状を解析することで、アルコール種の特定を行うことができることが分かる。

次に、本発明のガス検知装置のガス種判別およびガス濃度の定量化のための処理手順について、図１０のフローチャートで説明する。

まず、判別されていないアルコール種を含む雰囲気中にガス検知装置１が配置された状態において、センサ駆動制御部１１から図２の駆動パルスが出力され、接触燃焼式ガスセンサ４０が駆動される（ステップＳ１）。次いで、駆動パルスの最初の通電オン期間の立ち上がりをトリガとして、記憶部１２の予め格納されている補正データが読み出され、センサ出力検出部１３に取り込まれる（ステップＳ２）。

次いで、駆動パルスの次の通電オン期間において、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力が検出され、実測データとしてセンサ出力検出部１３に取り込まれる（ステップＳ３）。

次いで、センサ出力検出部１３において、実測データから補正データを引いて判定データｙ［ｎ］が算出される（ステップＳ４）。算出された判定データｙ［ｎ］は、積分値演算部１４および微分値演算部１６に供給される。なお、この判定データｙ［ｎ］は、通電オン期間の到来のたびに得られるので、ノイズのフィルタリングを行うために、取得した複数データを用いる移動平均法で平均値として算出しても良い。

次いで、積分値演算部１４で、判定データｙ［ｎ］が上記（１）式により積分され、積分感度Ｓが算出される（ステップＳ５）。算出された積分感度Ｓは、ガス濃度検出部１５に供給される。

次いで、微分値演算部１６で、判定データｙ［ｎ］が上記（２）式により微分され、微分値Ｙｄｉｖ［ｎ］が算出される（ステップＳ６）。次いで、微分値演算部１６で、微分値Ｙｄｉｖ［ｎ］に基づく微分応答波形データから微分値上昇方向から下降方向へ変化する変極点の出現時間としてのピーク位置ｔ_pと、変極点の数としてのピーク数ｍが算出される（ステップＳ７）。算出されたピーク位置ｔ_pおよびピーク数ｍのデータは、ガス種検出部１７に供給される。

次いで、ガス種検出部１７で、供給されたピーク位置ｔ_pおよびピーク数ｍのデータが記憶部１２に格納されている微分応答波形データベースと比較され、微分応答波形データベース中に一致するピーク位置ｔ_pおよびピーク数ｍを有するアルコール種があれば、判別されていないガスは、当該アルコール種であると判別される（ステップＳ８）。判別されたアルコール種を示す検出出力は、ガス濃度検出部１５および出力部３０に供給される。

次いで、ガス濃度検出部１５において、ガス種検出部１７からのアルコール種を示す検出出力により記憶部１２に格納されている積分感度データベース中から読み出された当該アルコール種に対応する積分感度とアルコール濃度の関係に基づいて、積分値演算部１４から供給された積分感度が、アルコール濃度値に定量化される（ステップＳ９）。定量化されたアルコール濃度値を示す検出出力は、出力部３０に供給される。

次いで、出力部３０で、ガス種検出部１７から供給されたアルコール種を示す検出出力と、ガス濃度検出部１５から供給されたアルコール濃度値を示す検出出力が、文字および数字表示等により出力される（ステップＳ１０）。たとえば、ＬＣＤの画面にアルコール種を文字表示すると共に、アルコール濃度を数字や数字とバーの組み合わせ等により表示することができる。

このように本発明によれば、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力の微分応答波形データにおけるピーク位置ｔ_pおよびピーク数ｍに基づいて有極性ガスのガス種を判別しているので、ガス濃度に対する依存性を持つことなくより精度の高いガス種の判別が可能である。また、センサ出力の積分値データに基づいて、判別された有極性ガスの濃度値を精度良く検出することができる。

以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。

たとえば、上述の実施の形態では、センサ出力検出部１３において、実測データから補正データを引いたものを判定データとしているが、補正データを用いることなく実測データそのものを判定データとして積分値演算部１４および微分値演算部１６へ出力し、積分値および微分値の演算を行っても、ガス種およびガス濃度を検出することができる。

また、上述の実施の形態では、アルコール種の判別に関して説明したが、本発明はこれに限らず、トルエン、ホルムアルデヒドに代表される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）等の他の可燃性ガスに対しても適用可能である。

本発明に係る接触燃焼式ガスセンサを用いたガス検知方法を実施するガス検知装置の構成例を示すブロック図である。図１のガス検知装置で用いられる駆動パルスの波形例を示すタイミングチャートである。図１のガス検知装置で用いられる接触燃焼式ガスセンサの構成例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図および（Ｃ）は平面図におけるＡ−Ａ線断面図である。本発明で用いられる補正データの波形を示すグラフである。有極性ガスの実測データの波形を示すグラフである。補正データ、実測データおよび判定データの関係を示す図である。有極性ガスの判定データの波形例を示すグラフである。図５に示す有極性ガスの判定データ波形に対応する微分応答波形を示すグラフである。図８における微分応答波形の一部を拡大したグラフである。本発明のガス検知装置のガス種判別およびガス濃度の定量化のための処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０コントローラ
１１センサ駆動制御部
１２記憶部
１３センサ出力検出部
１４積分値演算部
１５ガス濃度検出部
１６微分値演算部
１７ガス種検出部
１８計時部
２０駆動電源
３０出力部
４０接触燃焼式ガスセンサ

Claims

接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を微分して微分応答波形データを取得し、該微分応答波形データにおけるピーク位置とピーク数とに基づいて有極性ガスのガス種を判別することを特徴とするガス検知方法。
通電オフ期間および通電オン期間を含む所定周期のパルスで駆動される接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を用いて有極性ガスを検知するガス検知方法であって、
前記通電オン期間中に実測した前記センサ出力である実測データを判定データとして取り込む判定データ取込ステップと、
前記判定データを微分して微分応答波形データを取得する微分応答波形データ取得ステップと、
前記通電オン期間の開始時点から所定時間内に得られた前記微分応答波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間をピーク位置としかつ前記変極点の数をピーク数として算出するピーク算出ステップと、
前記ピーク算出ステップで算出された前記ピーク位置およびピーク数を、複数種類の有極性ガスに関する前記ピーク位置およびピーク数の基準ピークデータを含む微分応答波形データベースと比較して、有極性ガスのガス種を判別するガス種判別ステップと
を含むことを特徴とするガス検知方法。
通電オフ期間および通電オン期間を含む所定周期のパルスで駆動される接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を用いて有極性ガスを検知するガス検知方法であって、
判別すべき有極性ガスの存在しない雰囲気中において前記通電オン期間中に取り込まれた前記センサ出力である補正データを取り込む補正データ取込ステップと、
判別すべき有極性ガスが存在する雰囲気中において、前記通電オン期間中の前記センサ出力を実測データとして取り込む実測データ取込ステップと、
取り込まれた前記実測データから前記補正データを引いた差分データを判定データとして算出する判定データ算出ステップと、
前記判定データを微分して微分応答波形データを取得する微分応答波形データ取得ステップと、
前記通電オン期間の開始時点から所定時間内に得られた前記微分応答波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間をピーク位置としかつ前記変極点の数をピーク数として算出するピーク算出ステップと、
前記ピーク算出ステップで算出された前記ピーク位置およびピーク数を、複数種類の有極性ガスに関する前記ピーク位置およびピーク数の基準ピークデータを含む微分応答波形データベースと比較して、有極性ガスのガス種を判別するガス種判別ステップと
を含むことを特徴とするガス検知方法。
通電オフ期間および通電オン期間を含む所定周期のパルスで駆動される接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を用いて有極性ガスを検知するガス検知装置であって、
前記通電オン期間中に実測した前記センサ出力である実測データを判定データとして取り込むセンサ出力検出部と、
前記判定データを微分演算して微分応答波形データを取得すると共に、前記通電オン期間の開始時点から所定時間内に得られた前記微分応答波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間をピーク位置としかつ前記変極点の数をピーク数として算出する微分値演算部と、
複数種類の有極性ガスに関する前記ピーク位置およびピーク数のピーク基準データを含む微分応答波形データベースを予め格納している記憶部と、
前記微分値演算部で算出された前記ピーク位置およびピーク数を、前記微分応答波形データベースと比較して、有極性ガスのガス種を判別するガス種検出部と
を含むことを特徴とするガス検知装置。
通電オフ期間および通電オン期間を含む所定周期のパルスで駆動される接触燃焼式ガスセンサのセンサ出力を用いて有極性ガスを検知するガス検知装置であって、
判別すべき有極性ガスの存在しない雰囲気中において前記通電オン期間中に取り込まれた前記センサ出力である補正データを予め格納している記憶部と、
判別すべき有極性ガスが存在する雰囲気中において、前記通電オン期間中の前記センサ出力である実測データを判定データとして取り込み、取り込まれた前記実測データから前記補正データを引いた差分データを判定データとして算出するセンサ出力検出部と、
前記判定データを微分演算して微分応答波形データを取得すると共に、前記通電オン期間の開始時点から所定時間内に得られた前記微分応答波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わる変極点の出現時間をピーク位置としかつ前記変極点の数をピーク数として算出する微分値演算部と、
前記微分値演算部で算出された前記ピーク位置およびピーク数を、前記記憶部に予め格納されている、複数種類の有極性ガスに関する前記ピーク位置およびピーク数のピーク基準データを含む微分応答波形データベースと比較して、有極性ガスのガス種を判別するガス種検出部と
を含むことを特徴とするガス検知装置。