JP3868736B2 - ガス検出装置及びガス検出方法 - Google Patents
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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（ＣＨ４）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１つのガスセンサで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ＳｎＯ２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、ＳｎＯ２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１つのガスセンサで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ガスセンサと、オフ時間とオン時間とが交互に複数回繰り返されたときの合計時間を周期とし該周期中の各オン時間が略同一値を有し前記周期中の各オフ時間が前記各オン時間に対して長く且つ互いに異なる値を有するパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号を前記ヒータに印加することにより前記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、前記周期中の前記各オン時間において前記センサ素子から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各センサ出力値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、周期中の各オフ時間がオン時間に対して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、周期中の各オフ時間が互いに異なるので、ガスによっては、各センサ出力値に違いが出るため、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、前記パルス駆動手段は、第１オフ時間と第１オン時間と前記第１オフ時間よりも短い第２オフ時間と第２オン時間との合計時間を前記周期とするパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号を前記ヒータに印加することにより前記ガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、前記センサ出力検出手段は、前記第１オン時間において前記センサ素子から第１センサ出力値を検出し、前記第２オン時間において前記センサ素子から第２センサ出力値を検出し、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１オフ時間と第１オン時間と第１オフ時間よりも短い第２オフ時間と第２オン時間との合計時間を周期とするパルス駆動信号をヒータに印加してガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、第１オン時間においてセンサ素子から第１センサ出力値を検出し、第２オン時間においてセンサ素子から第２センサ出力値を検出し、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センサ出力値が第２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、オフ時間とオン時間とが交互に複数回繰り返されたときの合計時間を周期とし該周期中の各オン時間が略同一値を有し前記周期中の各オフ時間が前記各オン時間に対して長く且つ互いに異なる値を有するパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号をガスセンサに設けられたヒータに印加することにより前記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、前記周期中の前記各オン時間において前記ガスセンサに設けられたセンサ素子からセンサ出力値を検出するセンサ出力検出ステップと、検出された各センサ出力値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、前記パルス駆動ステップは、第１オフ時間と第１オン時間と前記第１オフ時間よりも短い第２オフ時間と第２オン時間との合計時間を前記周期とするパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号を前記ヒータに印加することにより前記ガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、前記センサ出力検出ステップは、前記第１オン時間において前記センサ素子から第１センサ出力値を検出し、前記第２オン時間において前記センサ素子から第２センサ出力値を検出し、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１つのガスセンサで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において、ガスセンサ１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】
このガスセンサ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とでブリッジ回路６を構成している。そして、ヒータ駆動回路５からの電圧をブリッジ回路６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、ブリッジ回路６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】
電源回路７は、タイマー駆動回路８及びヒータ駆動回路５に電源を供給する。タイマー駆動回路８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。ヒータ駆動回路５は、タイマー駆動回路８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パルス駆動信号を発生し、発生したパルス駆動信号をヒータ２に印加することによりガスセンサ１をオン／オフ駆動させる。
【００３５】
パルス駆動信号は、図３に示すように、３５．２秒周期でオン／オフを繰り返す信号であり、周期は、第１オフ時間３０秒と、第１オン時間０．１秒と、第２オフ時間５秒と、第２オン時間０．１秒とからなる。すなわち、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ガスセンサ１を駆動する。
【００３６】
また、図３に示すように、パルス駆動信号によりガスセンサ１をオフ駆動することで低温（Ｒ．Ｔ℃を９９００ｍｓ間だけ維持）とし、ガスセンサ１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、ヒータ駆動回路５及びタイマー駆動回路８は、パルス駆動手段を構成する。
【００３７】
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センサ出力検出部１３、ガス識別手段としてのガス識別部１５を有する。
【００３８】
センサ出力検出部１３は、センサ温度が４００℃になっている期間中（第１オン時間）の第１ガス検出ポイントＤＰ１（図３中の黒丸印）において、ガスセンサ１のセンサ素子３から第１オフ時間（３０秒）におけるセンサ出力値Ｖ３０を検出する。
【００３９】
また、センサ温度が４００℃になっている期間中（第２オン時間）の第２ガス検出ポイントＤＰ２（図３中の黒丸印）において、ガスセンサ１のセンサ素子３から第２オフ時間（５秒）におけるセンサ出力値Ｖ５を検出する。
【００４０】
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Ｖ３０，Ｖ５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Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５よりも大きいかどうかを判定し、センサ出力値Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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。
【００４１】
また、ガス識別部１５は、センサ出力値Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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。
【００４２】
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Ｖ３０，Ｖ５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。
【００４３】
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。
【００４４】
次に、このように構成された実施の形態のガス検出装置の動作の説明に先立って、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、１つのガスセンサ１でオフ時間を５秒、３０秒と交互に繰り返して駆動し得られたセンサ出力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。
【００５４】
次に、このように構成された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。
【００５５】
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、ヒータ駆動回路５が図３に示すようなパルス駆動信号を発生し、このパルス駆動信号によりブリッジ回路６内のヒータ２を駆動する（ステップＳ１０３）。すなわち、パルス駆動信号によりヒータ２がオン駆動／オフ駆動され、図３に示すように、オフ駆動によりガスセンサ１が低温となり、オン駆動により高温となる。
【００５６】
次に、センサ出力検出部１３は、センサ温度が４００℃になった第１オン時間の第１ガス検出ポイントＤＰ１（図３中の黒丸印）において、第１オフ時間（３０秒）におけるガスセンサ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Ｖ３０を得る（ステップＳ１０５）。
【００５７】
次に、センサ出力検出部１３は、センサ温度が４００℃になった第２オン時間の第２ガス検出ポイントＤＰ２（図３中の黒丸印）において、第２オフ時間（５秒）におけるガスセンサ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Ｖ５を得る（ステップＳ１０７）。
【００５８】
さらに、ガス識別部１５は、得られた電圧値Ｖ３０，Ｖ５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Ｖ３０，Ｖ５が第１しきい値以上である場合には、センサ出力値Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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）。
【００５９】
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。
【００６０】
また、ステップＳ１１１において、センサ出力値Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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。
【００６１】
一方、ステップＳ１０９において、得られた電圧値Ｖ３０，Ｖ５が第１しきい値未満である場合には、得られた電圧値Ｖ３０，Ｖ５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Ｖ３０，Ｖ５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。
【００６２】
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をヒータ２に印加してガスセンサ１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。
【００６３】
また、１つのガスセンサで、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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、１つのガスセンサ１によって、木材の火災時に発生する酢酸ガス等のガスとそれ以外の一酸化炭素ガス及びメタン等のガスとエタノール等の雑ガスとを容易に識別することができるため、火災センサ等を設ける必要がなくなり、安価なガス検出装置を提供することができる。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。ガスセンサ１は、マイクロセンサからなり、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、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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ＳｉＯ２膜からなる酸化膜３７及びＳｉ３Ｎ４膜３９上に積層されている。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
以上の構成のマイクロセンサを用いても、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。
【００７３】
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。
【００７４】
また、実施の形態では、パルス駆動信号は各周期がオン／オフを２回繰り返したが、例えば各周期がオン／オフを３回繰り返しても良い。すなわち、周期が第１オフ時間、第１オン時間、第２オフ時間、第２オン時間、第３オフ時間、第３オン時間の合計時間からなる。このときの各周期毎の各オン時間が略同一値とし、各周期毎の各オフ時間がオン時間に対して十分に長く且つ互いに異なる値にする。このようにすれば、３種類のガス、例えば、火災時の酢酸ガスと、エタノールと、その他のガスとを識別可能となる。
【００７５】
【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、周期中の各オフ時間がオン時間に対して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、周期中の各オフ時間が互いに異なるので、ガスによっては、各センサ出力値に違いが出るため、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。
【００７６】
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１センサ出力値が第２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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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 ガスセンサ
２ ヒータ
３ センサ素子
４ 比較素子
５ ヒータ駆動回路
６ ブリッジ回路
７ 電源回路
８ タイマー駆動回路
１１ ＣＰＵ
１３ センサ出力検出部
１５ ガス識別部
１９ スピーカ
２１ａ〜２１ｃ ＬＥＤ
３１ センサ台座
３３ 基板
３５ ダイアフラム
３７ 酸化膜
３９ Ｓｉ３Ｎ４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
【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（ＣＨ４）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１つのガスセンサで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ＳｎＯ２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、ＳｎＯ２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１つのガスセンサで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ガスセンサと、オフ時間とオン時間とが交互に複数回繰り返されたときの合計時間を周期とし該周期中の各オン時間が略同一値を有し前記周期中の各オフ時間が前記各オン時間に対して長く且つ互いに異なる値を有するパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号を前記ヒータに印加することにより前記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、前記周期中の前記各オン時間において前記センサ素子から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各センサ出力値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、周期中の各オフ時間がオン時間に対して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、周期中の各オフ時間が互いに異なるので、ガスによっては、各センサ出力値に違いが出るため、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、前記パルス駆動手段は、第１オフ時間と第１オン時間と前記第１オフ時間よりも短い第２オフ時間と第２オン時間との合計時間を前記周期とするパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号を前記ヒータに印加することにより前記ガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、前記センサ出力検出手段は、前記第１オン時間において前記センサ素子から第１センサ出力値を検出し、前記第２オン時間において前記センサ素子から第２センサ出力値を検出し、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１オフ時間と第１オン時間と第１オフ時間よりも短い第２オフ時間と第２オン時間との合計時間を周期とするパルス駆動信号をヒータに印加してガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、第１オン時間においてセンサ素子から第１センサ出力値を検出し、第２オン時間においてセンサ素子から第２センサ出力値を検出し、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センサ出力値が第２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、オフ時間とオン時間とが交互に複数回繰り返されたときの合計時間を周期とし該周期中の各オン時間が略同一値を有し前記周期中の各オフ時間が前記各オン時間に対して長く且つ互いに異なる値を有するパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号をガスセンサに設けられたヒータに印加することにより前記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、前記周期中の前記各オン時間において前記ガスセンサに設けられたセンサ素子からセンサ出力値を検出するセンサ出力検出ステップと、検出された各センサ出力値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、前記パルス駆動ステップは、第１オフ時間と第１オン時間と前記第１オフ時間よりも短い第２オフ時間と第２オン時間との合計時間を前記周期とするパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号を前記ヒータに印加することにより前記ガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、前記センサ出力検出ステップは、前記第１オン時間において前記センサ素子から第１センサ出力値を検出し、前記第２オン時間において前記センサ素子から第２センサ出力値を検出し、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１つのガスセンサで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において、ガスセンサ１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】
このガスセンサ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とでブリッジ回路６を構成している。そして、ヒータ駆動回路５からの電圧をブリッジ回路６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、ブリッジ回路６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】
電源回路７は、タイマー駆動回路８及びヒータ駆動回路５に電源を供給する。タイマー駆動回路８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。ヒータ駆動回路５は、タイマー駆動回路８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パルス駆動信号を発生し、発生したパルス駆動信号をヒータ２に印加することによりガスセンサ１をオン／オフ駆動させる。
【００３５】
パルス駆動信号は、図３に示すように、３５．２秒周期でオン／オフを繰り返す信号であり、周期は、第１オフ時間３０秒と、第１オン時間０．１秒と、第２オフ時間５秒と、第２オン時間０．１秒とからなる。すなわち、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ガスセンサ１を駆動する。
【００３６】
また、図３に示すように、パルス駆動信号によりガスセンサ１をオフ駆動することで低温（Ｒ．Ｔ℃を９９００ｍｓ間だけ維持）とし、ガスセンサ１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、ヒータ駆動回路５及びタイマー駆動回路８は、パルス駆動手段を構成する。
【００３７】
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センサ出力検出部１３、ガス識別手段としてのガス識別部１５を有する。
【００３８】
センサ出力検出部１３は、センサ温度が４００℃になっている期間中（第１オン時間）の第１ガス検出ポイントＤＰ１（図３中の黒丸印）において、ガスセンサ１のセンサ素子３から第１オフ時間（３０秒）におけるセンサ出力値Ｖ３０を検出する。
【００３９】
また、センサ温度が４００℃になっている期間中（第２オン時間）の第２ガス検出ポイントＤＰ２（図３中の黒丸印）において、ガスセンサ１のセンサ素子３から第２オフ時間（５秒）におけるセンサ出力値Ｖ５を検出する。
【００４０】
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Ｖ３０，Ｖ５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Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５よりも大きいかどうかを判定し、センサ出力値Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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。
【００４１】
また、ガス識別部１５は、センサ出力値Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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。
【００４２】
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Ｖ３０，Ｖ５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。
【００４３】
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。
【００４４】
次に、このように構成された実施の形態のガス検出装置の動作の説明に先立って、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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、１つのガスセンサ１でオフ時間を５秒、３０秒と交互に繰り返して駆動し得られたセンサ出力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。
【００５４】
次に、このように構成された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。
【００５５】
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、ヒータ駆動回路５が図３に示すようなパルス駆動信号を発生し、このパルス駆動信号によりブリッジ回路６内のヒータ２を駆動する（ステップＳ１０３）。すなわち、パルス駆動信号によりヒータ２がオン駆動／オフ駆動され、図３に示すように、オフ駆動によりガスセンサ１が低温となり、オン駆動により高温となる。
【００５６】
次に、センサ出力検出部１３は、センサ温度が４００℃になった第１オン時間の第１ガス検出ポイントＤＰ１（図３中の黒丸印）において、第１オフ時間（３０秒）におけるガスセンサ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Ｖ３０を得る（ステップＳ１０５）。
【００５７】
次に、センサ出力検出部１３は、センサ温度が４００℃になった第２オン時間の第２ガス検出ポイントＤＰ２（図３中の黒丸印）において、第２オフ時間（５秒）におけるガスセンサ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Ｖ５を得る（ステップＳ１０７）。
【００５８】
さらに、ガス識別部１５は、得られた電圧値Ｖ３０，Ｖ５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Ｖ３０，Ｖ５が第１しきい値以上である場合には、センサ出力値Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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）。
【００５９】
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。
【００６０】
また、ステップＳ１１１において、センサ出力値Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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Ｖ３０がセンサ出力値Ｖ５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。
【００６１】
一方、ステップＳ１０９において、得られた電圧値Ｖ３０，Ｖ５が第１しきい値未満である場合には、得られた電圧値Ｖ３０，Ｖ５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Ｖ３０，Ｖ５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。
【００６２】
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をヒータ２に印加してガスセンサ１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。
【００６３】
また、１つのガスセンサで、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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、１つのガスセンサ１によって、木材の火災時に発生する酢酸ガス等のガスとそれ以外の一酸化炭素ガス及びメタン等のガスとエタノール等の雑ガスとを容易に識別することができるため、火災センサ等を設ける必要がなくなり、安価なガス検出装置を提供することができる。
【００６６】
（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。
【００６７】
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。ガスセンサ１は、マイクロセンサからなり、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、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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ＳｉＯ２膜からなる酸化膜３７及びＳｉ３Ｎ４膜３９上に積層されている。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
以上の構成のマイクロセンサを用いても、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。
【００７３】
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。
【００７４】
また、実施の形態では、パルス駆動信号は各周期がオン／オフを２回繰り返したが、例えば各周期がオン／オフを３回繰り返しても良い。すなわち、周期が第１オフ時間、第１オン時間、第２オフ時間、第２オン時間、第３オフ時間、第３オン時間の合計時間からなる。このときの各周期毎の各オン時間が略同一値とし、各周期毎の各オフ時間がオン時間に対して十分に長く且つ互いに異なる値にする。このようにすれば、３種類のガス、例えば、火災時の酢酸ガスと、エタノールと、その他のガスとを識別可能となる。
【００７５】
【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、周期中の各オフ時間がオン時間に対して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、周期中の各オフ時間が互いに異なるので、ガスによっては、各センサ出力値に違いが出るため、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。
【００７６】
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１センサ出力値が第２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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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 ガスセンサ
２ ヒータ
３ センサ素子
４ 比較素子
５ ヒータ駆動回路
６ ブリッジ回路
７ 電源回路
８ タイマー駆動回路
１１ ＣＰＵ
１３ センサ出力検出部
１５ ガス識別部
１９ スピーカ
２１ａ〜２１ｃ ＬＥＤ
３１ センサ台座
３３ 基板
３５ ダイアフラム
３７ 酸化膜
３９ Ｓｉ３Ｎ４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
Claims (10)
- ヒータとガスを検出するセンサ素子とが設けられたガスセンサと、
オフ時間とオン時間とが交互に複数回繰り返されたときの合計時間を周期とし該周期中の各オン時間が略同一値を有し前記周期中の各オフ時間が前記各オン時間に対して長く且つ互いに異なる値を有するパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号を前記ヒータに印加することにより前記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、
前記周期中の前記各オン時間において前記センサ素子から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各センサ出力値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ガス検出装置。 - 前記パルス駆動手段は、第１オフ時間と第１オン時間と前記第１オフ時間よりも短い第２オフ時間と第２オン時間との合計時間を前記周期とするパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号を前記ヒータに印加することにより前記ガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、
前記センサ出力検出手段は、前記第１オン時間において前記センサ素子から第１センサ出力値を検出し、前記第２オン時間において前記センサ素子から第２センサ出力値を検出し、
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請求項１記載のガス検出装置。 - 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請求項２項記載のガス検出装置。
- 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請求項２または請求項３記載のガス検出装置。
- 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。
- オフ時間とオン時間とが交互に複数回繰り返されたときの合計時間を周期とし該周期中の各オン時間が略同一値を有し前記周期中の各オフ時間が前記各オン時間に対して長く且つ互いに異なる値を有するパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号をガスセンサに設けられたヒータに印加することにより前記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、
前記周期中の前記各オン時間において前記ガスセンサに設けられたセンサ素子からセンサ出力値を検出するセンサ出力検出ステップと、
検出された各センサ出力値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するガス検出方法。 - 前記パルス駆動ステップは、第１オフ時間と第１オン時間と前記第１オフ時間よりも短い第２オフ時間と第２オン時間との合計時間を前記周期とするパルス駆動信号を発生し、該パルス駆動信号を前記ヒータに印加することにより前記ガスセンサをオン駆動／オフ駆動させ、
前記センサ出力検出ステップは、前記第１オン時間において前記センサ素子から第１センサ出力値を検出し、前記第２オン時間において前記センサ素子から第２センサ出力値を検出し、
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請求項６記載のガス検出方法。 - 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する請求項７項記載のガス検出方法。
- 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する請求項７または請求項８記載のガス検出方法。
- 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する請求項６乃至請求項９のいずれか１項記載のガス検出方法。
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