JP3882711B2 - Coセンサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一酸化炭素を検出するCOセンサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のガスセンサは半導体式、熱線半導体式、固体電解質式など種々の方式、形状のものが提案されている。一例として固体電解質式は図14に示すように板状の固体電解質1の両面に一対の白金電極2、3を形成し、両面を板状のガス選択透過体4、5で覆い、片方のガス選択透過体4の表面にヒータ6を形成するとともに、その上に酸化触媒層7を設置したものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一般にガスセンサは一酸化炭素、メタン、プロパン、水素などに選択的に感応し、ガス洩れ警報機や、CO警報機などの用途に用途に用いられている。したがって最終安全装置として高感度であること、応答が速いこと、信頼性が高いこと選択性が高いこと、さらに消費電力が低いことが要求される。
【0004】
しかしながら図14に示す従来のガスセンサは固体電解質1、ガス選択透過体4、酸化触媒層7は板状のチップの熱容量が大きいためセンサを動作温度に保持するためには大きな電力が必要であり、そのために商用電源が必要であった。したがって電源コンセントを常時占有することになり、一般家庭では台所等のごく限られた場所に設置されるのが普通である。しかし、暖房機、給湯器等の室内燃焼機の燃焼不良による不幸な事故が相変わらずなくならない現状や、住宅の高気密高断熱化に伴うセントラル暖房の普及を考えると、CO警報機を普及させる必要がある。ただし、電気製品が溢れている家庭内において電源コンセントを占有することは非常に不便であり、設置性を改良することが望まれる。
【0005】
このような課題を解決するために図15の構成の薄膜ガスセンサが提案されている(特開2001−194329公報)。この薄膜ガスセンサは、基板8上に形成されたヒータ9の上面に電気絶縁層10を介して形成された酸素イオン導電性を有する固体電解質薄膜11と、固体電解質薄膜11上に形成された一対の電極12、電極12’と、前記一対の電極12の一方の電極12’上に設けられた酸化触媒層13よりなるとしている。この構成により熱容量を小さくしてパルス駆動を可能としており、その結果大幅な省電力化が可能となり電池駆動が可能となることが示されている。しかし、半導体式、熱線半導体式、固体電解質式等は、いずれもヒータで所定の温度に加熱するため、電池容量を長期間保持するためパルス間隔を大きくとる必要があった。しかし、パルス間隔が大きい場合は、火災などの緊急時にCOが急激に発生する場合は、COの検出が遅れる場合もあった。これを解決するために、図16に示されるようなヒータの駆動方法が示されている(特開2001−194329号公報)。これは、加熱手段は間欠的に動作するとともに、出力が第一の設定値より低い時のパルス間隔を第一の設定値より高い時のパルス間隔よりも長くすることによって、緊急時にCOを早く検知するものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの方法でも、通常はパルス間隔を長くして動作しているため、CO発生の初期段階ではCO検出が遅れる場合がある。
【0007】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、周囲に人間が居るかどうかによってCOセンサの検知間隔を変化させ、例えば人間が周囲に居る時には検知間隔を縮めて検知精度の向上を図り、人間が周囲に居ない時は検知間隔を大きくして消費電力の低減を図る事により、検知精度の向上と消費電力の低減の両立を目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記従来の課題を解決するために、一酸化炭素検出を間欠的に行わせるCOセンサにおいて、COセンサは周囲の人の在/不在を検知して在/不在信号を出力する検知手段を備え、前記在/不在信号によって一酸化炭素検出のパルス間隔を設定するものである。
【0009】
これによって、周囲に人が居る、居ないの状態に応じてCOセンサの一酸化炭素検出の時間間隔を変化させ、緊急を要する時には検知間隔を短くし、早期の警告が可能とし、あまり緊急を要しない時には検知間隔を長くして、消費電力の低減を図るものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明は、一酸化炭素検出を間欠的に行わせるCOセンサにおいて、COセンサは周囲の人の在/不在を検知して在/不在信号を出力する検知手段を備え、前記検知手段によって周囲に人が居ると検知したときには、周囲に人が存在しないと検知したときよりも一酸化炭素検出を間欠的に行う間隔を短く設定するものであり、周囲の人の在/不在による緊急度に応じてパルス間隔を設定し、早期の警報出力と低消費電力の両立が可能となる。
【0011】
また、請求項2に記載の発明は、外部スイッチ信号によって検知手段への入力を行なうものであり、在/不在を予め入力することにより、パルスの間隔を決定することができる。
【0012】
また、請求項3に記載の発明は、他の電気機器や設備装置、施錠装置のうち少なくとも一つと通信して在/不在を判断するのものであり、離れた位置にあり通信手段で接続された電気機器や設備装置、施錠装置により人の在/不在を判断し、適切なCOセンサの検知間隔を設定することにより低消費電力化と早期の警報出力を図ろうとするものである。
【0013】
また、請求項4に記載の発明は、通信装置を介して外部から機器が遠隔操作されることを検知した場合は、検知手段は周囲に人が存在しないと判断するものであり、外部から遠隔操作されるような状況の下では、人は不在と判断して検知間隔を設定するものである。
【0014】
また、請求項5に記載の発明は、検知手段は周囲の人の在/不在パターンを記憶または学習し、例えば周囲に人が存在することが予想されるときはCOセンサのパルス間隔を短くし、周囲に人が存在しないことが予想されるときはCOセンサのパルス間隔を長くするものであり、学習が進むにつれて、省電力化が図れる。
【0015】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【0016】
(実施例1)
図1は本発明の実施例1におけるCOセンサの構成図である。CO検出部20をヒータ21で間欠加熱する構成としている。22はパルス信号制御手段であり、信号制御手段としてのマイコン23から出力されたパルス出力電圧はオペアンプ24の+端子に入力され、出力端から固定抵抗25とコンデンサ26からなるフィルターを経由してオペアンプ27の+端子の入力になる。PNPトランジスタ28とNPNトランジスタ29および直流電源30はヒータ21への電力供給手段31を構成している。この構成において電流は直流電源30からPNPトランジスタ28のエミッタ−コレクタを流れ、ヒータ21に流れ込む。電流の大きさはPNPトランジスタ28のベース電流によって決まる。PNPトランジスタ28のべース電流はNPNトランジスタ29のベース電圧、すなわちオペアンプ27の出力電圧で制御される。オペアンプ27は−端子と+端子が同電位になるように動作するのでヒータ21に流入する電流が決まり、発熱による抵抗値の変動が平衡状態に達し、ヒータ21に印加される電圧が決定され、ヒータ21の温度の平衡も達成され、CO検出部20が加熱される。
【0017】
温度が上昇するとヒータ21の抵抗値が増加し、オペアンプ27の−端子の電圧が増加する。+端子との電圧差が小さくなるとNPNトランジスタ29のベース電流が絞られる。従ってPNPトランジスタ28のベース電流も絞られ、ヒータ21に流入する電流も絞られ、平衡状態に達してパルス出力電圧に相当した電圧がヒータ21に印加されることになる。そしてヒータ21の温度は一定値に制御される。一定温度に加熱されたCO検出部20は一酸化炭素ガスの濃度に応じた電圧を出力し、出力信号が信号処理部32に入力される。マイコン23内部では、信号処理部32からの信号によってCO濃度を判定し、報知手段34に報知信号を出力する。また在/不在検知手段33からの出力信号はマイコン23に入り、パルス出力の周期を変化させる。
【0018】
図2は本発明の実施例1におけるCO検出部20の斜視図である。
【0019】
図2において、40はセンサ素子である。41は耐熱性で低熱伝導性の基板で、ここでは約2mm×2mm×0.3mmの石英ガラスを用いている。42は白金のヒータでスパッタ法、電子線蒸着法などによって所定の温度になるように抵抗値を設定している。43は絶縁膜でアルミナ、シリカ、窒化珪素などの絶縁材料の薄膜をスパッタ法、電子線蒸着法などによってヒータ21を覆うように形成している。44は絶縁膜43上に絶縁膜43より小さな面積に形成された固体電解質膜であり、酸素イオン導電性を有する固体電解質(8%イットリア安定化ジルコニア)をスパッタ法で約0.4mm×0.6mmの大きさに形成している。固体電解質としては酸素イオン導電性を有するすべての固体電解質を使用することができるがジルコニアに少量のイットリアを混合して焼成したイットリア安定化ジルコニア(YSZ)が比較的安価で入手も簡単である。45a、45bは電極で、白金をスパッタ法で固体電解質膜44上に形成している。白金に一部パラジウム、ルテニウム、ロジウムなどの貴金属を混入させても良い。その他、一般に固体電解質型センサに用いる電極材料すべてが使用可能である。46は片方の電極45a上に設定された触媒で触媒46は測定対象ガスを酸化分解するものであれば良いが、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウムなどの貴金属やバナジウム、マンガン等の酸化物あるいはこれらの混合物をアルミナなどに担持したものをスクリーン印刷法で形成する。
【0020】
以上の構成において電源(図示せず)からヒータ21に電力を供給し固体電解質膜44を所定温度(400℃〜500℃)に加熱する。固体電解質膜44が所定の温度に達すると、電極45a、45bと固体電解質膜44と空気の界面で電子の授受が行われ、酸素イオンが発生する。ここで、空気中にCOが存在すると、触媒46で覆われた電極45aではCOは触媒46によって酸化され、電極45a面にまでは到達しない。もう一方の電極45bではCOは電極面に到達し、酸化されCO2になる。この酸化反応には固体電解質膜44内の酸素イオンが使われ、その結果両電極での電極反応に差が生じ、固体電解質膜44内の酸素イオンの平衡が崩れ、両電極間に電位差が発生する。この電位差を検出することによりCO濃度を検出することができる。
【0021】
基板41に用いている石英ガラスは熱伝導率が1.5W/mKと絶縁膜43(35〜45W/mK)や固体電解質膜44(6W/mK)に対して小さく、したがってヒータ21で加熱した場合に、基板41の温度はほとんど上昇することなくヒータ21の直上の固体電解質膜44の領域およびその近傍のみの温度を上昇させることができる。したがって加熱のための消費電力も大幅に低減することができる。また、熱衝撃強度も大きいので短時間で所定の温度まで昇温することが可能である。上記構成では15mWsecの電力量で450℃までの昇温が可能であった。したがって、ヒータ21をパルス的に駆動させて大幅に消費電力が低減できるため、電池電源での駆動も可能である。
【0022】
上記の構成により、一酸化炭素の検出を間欠的に行ない、かつ検出間隔を在/不在検知手段33からの信号によって変化させ、周囲に人が居る緊急時、すばやく一酸化炭素を検出しなくてはならない時には検出間隔を短くして、検出頻度を上げ、人が居ない時は、検出間隔を広げて省電力化を図ることが可能となる。
【0023】
(実施例2)
図3は本発明の実施例2におけるCOセンサの検出間隔設定のフローチャートである。
【0024】
まず、在/不在検知手段33からの信号があるかどうかを判定する(ST101)。信号があれば、COセンサの検出間隔を“短”にする(ST102)。信号がなければ、COセンサの検出間隔を“長”にする(ST103)。このように在不在/信号によってパルスの間隔を変更することによって、人が居る時は検知間隔を短くして、COガスに検知精度を上げ、人が居ない時は、検知間隔を広げて省電力化を図ることができる。
【0025】
(実施例3)
図4は本発明の実施例3におけるCOセンサの検出間隔設定のフローチャートである。
【0026】
まず、在/不在検知手段33からの信号があるかどうかを判定する(ST101)。信号がなければ、COセンサの検出間隔を“短”にする(ST102)。信号があれば、COセンサの検出間隔を“長”にする(ST103)。このように在不在/信号によってパルスの間隔を変更することによって、留守中や人の居ない夜間であっても、COガスに影響を受けやすい犬、猫などの生体が居る部屋など、監視が必要な場所では検知間隔を短くして、COガスに検知精度を上げ、人が居て、監視が行き届いている時は検知間隔を広げることにより、省電力化を図ることができる。
【0027】
(実施例4)
図5は本発明の実施例4におけるCOセンサの構成図である。外部スイッチ47の接点情報は在/不在検知手段33に入力される。
【0028】
この構成によって、予め人が居ることが予測される時(帰宅時や在宅時など)は、外部スイッチ47をオン状態にすることによって、マイコン23にパルス間隔を短くすることを指示することができ、検知精度の向上と省電力の両立を図ることが可能となる。また、外部スイッチ47をオフ操作する(外出時や就寝時など)ことでパルス間隔を再びもとに戻したり、長くしてもよい。なお外部スイッチは留守番電話やホームセキュリティの在不在切換スイッチと兼ねてもよい。
【0029】
(実施例5)
図6は本発明の実施例5におけるCOセンサの構成図である。
【0030】
在/不在検知手段33には、人体から熱を検出する赤外線センサ48、周囲の光や明るさを検出する照度センサ49、映像から動体を検出するCCDセンサ50、音を検知する集音マイク51からの信号が入力され、どれかの信号がオンであると判断されれば、在/不在検知手段33からマイコン23に信号が送られ、パルス間隔が短く制御される。
【0031】
いずれかのセンサで人の存在が確認されれば検知精度をあげ、人が居なければパルス間隔を長くして省電力運転を行なうことができる。また多くのセンサで在/不在を確認するので確実な検出ができる。
【0032】
(実施例6)
図7は本発明の実施例6におけるCOセンサの構成図である。
【0033】
在/不在検知手段33には通信アダプタ53、ネットワーク52を介して外部電気機器54、設備機器55(ガスマイコンメータなど)、施錠装置56からの信号が入力される。
【0034】
図8は施錠装置56から在/不在検知手段33に信号の送信状態を示す信号遷移図である。在/不在検知手段33から送信信号A(201)をネットワーク52を介して通信アダプタ53に送信すると、通信アダプタ53はこれを受信して応答信号A(202)を返信する。通信アダプタ53は送信信号A(201)を受信できなければ応答信号A(202)は返信しない。施錠装置56がこの応答信号A(202)を受信して施錠装置56と通信アダプタ53との間の通信が完了する。
【0035】
次に、通信アダプタ53は受信した送信信号A(201)を在/不在検知手段33との通信形態に変換した送信信号A’(203)を在/不在検知手段33に送信する。在/不在検知手段33はこれを受信して応答信号A’(204)を返信する。在/不在検知手段33は送信信号A’(203)を受信できなければ応答信号A’(204)は返信しない。通信アダプタ53がこの応答信号A’(204)を受信して通信アダプタ53と在/不在検知手段33とのあいだの通信が完了する。
【0036】
以上によって施錠装置56から在/不在検知手段33に送信する。在/不在検知手段33は受け取った信号に応じてマイコン23にパルス間隔信号を出力する。
【0037】
ここで図9は上記構成での通信アダプタ53の動作を示すフローチャートであり、図10は施錠装置56と在/不在検知手段33間の通信経路の模式図である。
【0038】
図9と図10によって通信アダプタ53の動作を説明する。ネットワーク52を介して通信手段110で受信し、機器接続手段114に送信する場合である。図9のように、通信手段110で受信した内容を在/不在検知手段33に通信する必要があるか否かを判定手段111で判定する(S101)。判定方法は、受信した内容の送信先が在/不在検知手段33になっているか否か、受信内容が在/不在検知手段33に関連したものか否か、受信内容と記憶手段112に記憶した過去内容とを比較し変化があるか否か、などを判定し、受信した内容の送信先が在/不在検知手段33になっている、受信内容が在/不在検知手段33に関連している、記憶手段112に記憶した過去内容から変化がある場合に通信の必要ありと判断する。すなわち検知のパルス間隔を変更するべきかを決める。
【0039】
次に、通信相手・通信内容の選択と設定を通信制御手段113で行う。通信相手とは在/不在検知手段33を指定する通信のための識別符号である(S102)。通信内容はネットワーク52から通信手段110で受信した内容から必要な部分を抽出したり、通信アダプタ53と在/不在検知手段33とのあいだの通信に新たに必要な内容である。また、通信の符号変換やセキュリティのための暗号化などを含んでもよい。
【0040】
通信相手・内容の選択と設定を行ったのち、機器接続手段114から在/不在検知手段33に送信する(S103)。通信アダプタ53と在/不在検知手段33とで通信のタイミングを取って送受信している場合にはその通信タイミングにあわせて送信する。
【0041】
送信したのち、応答信号が在/不在検知手段33から返信することになっていればその応答信号の返信を一定時間待つ(S104)。応答信号が在/不在検知手段33から返信することになっているか否かは、例えば通信アダプタ53から送信した(S103)通信内容に応答するか否かの指定が含まれている、あるいは通信アダプタ53と在/不在検知手段33との間であらかじめ応答信号について取り決めがされている、などいろいろな方法がある。
【0042】
応答信号が在/不在検知手段33から返信することになっている場合、機器接続手段114で応答信号を受信して(S105)、その内容が正常であれば(S106)通信は終了である。応答信号が受信できなかったり、あるいは受信してもその内容が異常であったりすれば送信した内容を再送信し、それでも通信不能な場合は通信の異常を使用者に報知・表示したり外部に通報する(S107)。
【0043】
上記では、ネットワーク52を介して通信手段110で受信し、機器接続手段104に送信する場合で説明したが、機器接続手段104で受信し、通信手段110に送信する場合もこれに準ずる。また、通信アダプタ53でこのように行う動作を在/不在検知手段33の通信制御手段115や施錠手段56の通信制御手段116で行っても良い。通信は上記の実施例に限定するものでなく、通信アダプタ53を介して施錠手段56と在/不在検知手段33との間で通信ができるものであればよい。
【0044】
この構成により、施錠手段56からの情報を在/不在検知手段33に信号を送ることによって知り、人の在/不在を判定して、マイコン23にCO検知間隔の信号を送る。よって検知精度の向上と省電力化を図ることができる。
【0045】
(実施例7)
図11は本発明の実施例7における在/不在判定のフローチャートである。図7で示したネットワーク52を遠隔操作情報が通過すると在/不在検知手段33では遠隔操作の内容を判定し(L101)、例えば家の外部から、風呂の湯はりやエアコンの始動のように操作がなされたと判断する。するとその時点で人は居ないと判定し、パルス間隔を短くする(L102)ように在/不在検知手段33はマイコン23に信号を送る。そうでなければパルス間隔を長くする(L103)ものである。
【0046】
(実施例8)
図12は本発明の実施例8におけるCOセンサの構成図である。在/不在検知手段33からは判定の結果を出力する判定表示部57に判定の結果が出力される。
【0047】
また、正誤入力部58から在/不在検知手段33に判定結果が正しかったかが入力される。この構成により、例えば、前日の時刻毎の在/不在情報のリストを見て、正誤入力部58から判定の正誤を入力する。在/不在検知手段33はその結果から学習し、自己の記憶を更新し、より正しい結果を得ようとする。このような事象が繰り返されることにより、在/不在の判定の精度が上がっていく。そして精度よく在/不在検知がなされることにより、パルス間隔の信号が正しく出力され、CO検知精度の向上と省電力化が図れることになる。なお、在/不在検知の学習方法はこれに限らず一般的に知られた方法であればよい。
【0048】
(実施例9)
図13は本発明の実施例9におけるCOセンサの構成図である。ネットワーク52を介して燃焼機器59が動作していることが在/不在検知手段33に入ってきた時、在/不在検知手段33はマイコン23にパルス間隔を短くするように信号を送る。燃焼機器59が動作している時はCOガス発生の可能性があると判断する。このようにすることによってCOガスの検知精度を上げ、不完全燃焼事故を未然に防ぐことができる。
【0049】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、COセンサの検出周期を人が周囲に居るか居ないかを在/不在検知手段で検知し、COを検出するパルスの間隔を変えることにより、緊急度が高まって、検知間隔を短くした時には、すばやくCOを検出して事故を未然に防ぎ、緊急を要しない時には、検知間隔を広げて省電力化を図ることができ、省電力化と高精度化を両立したCOセンサを実現する事が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1におけるCOセンサの構成図
【図2】 本発明の実施例1におけるCO検出部の斜視図
【図3】 本発明の実施例2におけるCOセンサの検出間隔設定のフローチャート
【図4】 本発明の実施例3におけるCOセンサの検出間隔設定のフローチャート
【図5】 本発明の実施例4におけるCOセンサの構成図
【図6】 本発明の実施例5におけるCOセンサの構成図
【図7】 本発明の実施例6におけるCOセンサの構成図
【図8】 本発明の実施例6における信号の送信状態を示す信号遷移図
【図9】 本発明の実施例6における通信アダプタの動作を示すフローチャート
【図10】 本発明の実施例6における施錠装置と在/不在検知手段間の通信経路の模式図
【図11】 本発明の実施例7におけるCOセンサの検出間隔設定のフローチャート
【図12】 本発明の実施例8におけるCOセンサの構成図
【図13】 本発明の実施例9におけるCOセンサの構成図
【図14】 従来のCOセンサ検知部の構成を示す斜視図
【図15】 従来の他のCOセンサ検知部の構成を示す斜視図
【図16】 従来の他のCOセンサのヒータ駆動を示す模式図
【符号の説明】
20 CO検出部
21 ヒータ
22 パルス信号制御手段
23 マイコン
32 信号処理部
33 在/不在検知手段(検知手段)
40 センサ素子
47 外部スイッチ
48 赤外線センサ
49 照度センサ
50 CCDセンサ
51 集音マイク
52 ネットワーク
53 通信アダプタ
54 電気機器
55 設備機器
56 施錠装置
57 判定表示部
58 正誤入力部
59 燃焼機器
Claims (5)
- 一酸化炭素検出を間欠的に行わせるCOセンサにおいて、周囲の人の在/不在を検知して在/不在信号を出力する検知手段を備え、前記検知手段によって周囲に人が居ると検知したときには、周囲に人が存在しないと検知したときよりも一酸化炭素検出を間欠的に行う間隔を短く設定するCOセンサ。
- 外部スイッチからの信号を、在/不在信号を出力する検知手段への入力とした請求項1記載のCOセンサ。
- 周囲の人の在/不在を検知する検知手段は、他の電気機器や設備装置、施錠装置のうち少なくとも一つと通信して在/不在を判断する請求項1記載のCOセンサ。
- 通信装置を介して外部から機器が遠隔操作されることを検知した場合は、検知手段は周囲に人が存在しないと判断する請求項1記載のCOセンサ。
- 検知手段は周囲の人の在/不在パターンを記憶または学習し、前記在/不在信号によって一酸化炭素検出のパルス間隔を設定する請求項1記載のCOセンサ。
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