JP3902519B2

JP3902519B2 - Gas sensor control apparatus, gas sensor inspection method using the same, and gas sensor manufacturing method

Info

Publication number: JP3902519B2
Application number: JP2002189791A
Authority: JP
Inventors: 慎悟伊藤; 祐治木元
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2022-06-28
Also published as: JP2004028964A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスセンサ制御装置、それを用いたガスセンサの検査方法及びガスセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスセンサの検知素子には、酸化物半導体薄膜などの抵抗感応膜を検知素子として用いたものが知られている。また、ジルコニアなど、固体電解質を検知素子として用いるものもある。これらの検知素子は、種々の理由により、室温よりも高温に最適動作点を有するものが多く、被測定ガスの温度が低い場合は、ヒータ加熱により検知素子の検知能を活性化して用いるようにしている。
【０００３】
また、上記のような検知素子によるガス検出の基本原理には、検知体表面における被測定ガス成分の吸着が大きく関与している。例えば抵抗感応膜を用いるセンサの場合は、ガス分子吸着による抵抗感応膜の電気抵抗率が変化することを利用してガス検出を行なう。また、固体電解質を利用するものは、固体電解質表面に設けられた多孔質電極表面にガス分子を吸着させてイオン解離させ、イオンが固体電解質内を移動する過程で生ずる電気現象（例えばイオン拡散に伴う濃淡電池起電力など）を測定してガス検知を行なう。
【０００４】
ガスセンサは通常、検知素子からの検知信号の増幅、フィルタリングあるいはリニアライジングなどの種々の電気的処理が行われた後、濃度検知情報として外部に出力される。また、検知素子を活性化するためのヒータ加熱の制御処理も必要である。従って、ガスセンサの場合、これらの電気的処理を行なうための制御回路を必ず設けなければならない。こうした制御回路は当然、センサ実使用時の仕様に合わせたものが、センサ実装先となる機器（例えば自動車）に搭載される。当然、ヒータ制御を司るヒートパターンも、所望の雰囲気のガス濃度を定常的に測定するのに好都合なものが用意される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のようなガスセンサを製造する際には、検知素子が正常な検知能を有するかどうかを検査する工程が不可欠である。この検査工程においては、検知素子をヒータ加熱する際に、センサを実使用に供する場合とは異なる、検査特有のヒートパターンが必要となることも多い。従って、検査専用のヒートパターンを搭載した制御回路を別途用意し、検知素子をその都度接続して検査を行なわなければならないので面倒である。
【０００６】
また、最近では、検知素子と制御回路とを一枚の基板に組み付けたセンサユニットの形でガスセンサも多く供給されている。この場合、基板に組み付けられている制御回路はヒートパターンが異なるため検査には使用できず、基板に検査用の制御回路を別途接続するか、あるいは検知素子を基板に組み付ける前に検査用の制御回路に接続して測定を行なうことになる。前者においては、検査用制御回路を接続する結線が必ずしも容易でなく、場合によっては結線の履歴が基板に残ったり、結線失敗による破損が生じ、検査後の製品としての流用が不能となることもある。また、後者においては、検知素子の基板への組み付け前に検知素子の検査を行なわなければならないから、基板組み付け時あるいは組み付け後に生ずる不具合を発見できない問題がある。また、検査工数がかかることから、ロット毎の抜き取り検査となることもありえるが、ロットアウト時の損失が大きくなることはいうまでもない。
【０００７】
そこで、上記の事情に鑑みて、実使用時のヒートパターンをそのまま流用して検査を行なうことも考えられる。しかし、この場合は次のような問題を生ずる。すなわち、ガスセンサは、検知素子が非加熱状態で大気中に放置された場合、水蒸気や他のガス分子などが検知素子の表面に吸着した状態になる。このような状態では、検知素子への被検出ガスの分子吸着が先に吸着している分子に妨げられ、ヒータ加熱を行っても、直ちに測定に入ることはできない。しかし、ヒータ加熱を開始してしばらく時間が経過すれば、余分な吸着分子の脱着が促進され、測定可能な状態となる。
【０００８】
ところで、工場で製造されるガスセンサのロットは、製造後検査に至るまでにかなりの日数保管される場合がある。また、検知素子に着目すれば、これがガスセンサに組み付けられるまでの間にも、さらに保管時間が生ずる。従って、検査時の検知素子は、長期にわたって外気に曝されていたことにより、測定の妨げになる分子吸着が強固に進んでいる場合が多い。しかし、実使用時のヒートパターンでは、強固に吸着した分子の脱着に非常な長時間を要し、検査能率の低下が甚だしくなる。
【０００９】
そこで、実使用時のヒートパターンに、吸着促進用の高温保持期間を設ける方法も考えられるが、該高温保持期間は、定常測定時の最適温度設定からは外れたものとなるので、その経過を待ってガス濃度測定を行なう必要がある。この場合、吸着が強固に進んだ検査時にも対応できるように、その高温保持期間を長く設定すると、実使用時において、センサ立ち上げ後から測定可能となるまでの時間が長くなり、早期活性化が望まれているガスセンサの時流に逆行する結果を招く。
【００１０】
本発明の課題は、実使用時とは異なるヒートパターンにより検知素子を加熱して行なう検査の能率を飛躍的に高めることができ、ひいては出荷前の検査能率向上に有利な機能を有したガスセンサ制御装置と、それを用いたガスセンサの検査方法及びガスセンサの製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
本発明は、加熱によりガス検知能が活性化される検知素子と、該加熱を行なうために予め定められたヒートパターンに従い発熱駆動されるヒータとを有したガスセンサの制御装置に係るものであり、上記の課題を解決するために、
製品出荷後のガスセンサを、所望の環境のガス検知に実使用する際に用いる実検知用ヒートパターンと、製品出荷前のガスセンサを検査するために用いる、実検知用ヒートパターンとは異なる検査用ヒートパターンと、のいずれかを選択するヒートパターン選択手段と、
当該選択されたヒートパターンに従いヒータを発熱駆動するヒータ駆動制御部と、
を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のガスセンサの検査方法は、上記本発明のガスセンサ制御装置を検知素子とともに検査装置に接続し、その状態で検査用ヒートパターンを選択し、該検査用ヒートパターンに従ってヒータを発熱駆動することにより検知素子を加熱・活性化し、その活性化した検知素子に検査用ガスを用いた検査検知を行なわせ、その検知結果に基づいて検知素子の品質検査を行なうことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明のガスセンサの製造方法は、上記本発明のガスセンサの検査方法により、ガスセンサの検知素子の品質検査を行なう検査工程と、
その検査結果に基づいて、ガスセンサの選別を行なう選別工程と、
を有することを特徴とする。
【００１４】
上記本発明のガスセンサの制御装置は、ヒートパターン選択手段により、ヒータ駆動制御部が、実測定用のヒートパターンと検査用ヒートパターンとを適宜選択して実行できるように構成されている。従って、検査専用のヒートパターンを搭載した制御回路を別途用意し、検知素子をその都度これに接続して検査を行なう必要がなくなるので、検査時間を大幅に短縮することができる。また、その検査結果に基づくガスセンサの選別工程を含んだガスセンサの製造方法においては、検査工程の時間短縮が可能になる結果、出荷に至るまでのガスセンサの製造工程全体の能率化を図ることができる。また、ガスセンサ１個当たりに要する検査時間が短くなることから、全数検査も容易に行なうことができ、ひいては抜き取り試験時のようなロットアウト等の無駄を省くことが可能となる。
【００１５】
実検知用ヒートパターンは、例えば制御部内のヒートパターン記憶部に記憶しておき、実装先（例えば自動車である）にガスセンサを装着して使用する際に、読み出して使用するようにする。他方、検査用ヒートパターンは、検査時においてのみ必要となるものであるから、検査時にその都度、外部から読み込んで使用するようにしてもよい。しかし、実検知用ヒートパターンと検査用ヒートパターンとの両方をヒートパターン記憶部に予め記憶しておけば、検査装置側にて、ガスセンサの品種に応じた検査用ヒートパターンを予め用意しておく必要がなくなる。従って、特にこうした検査用ヒートパターンが準備されていない検査装置でも、問題なく検査を行なうことができる。この場合、ヒートパターン選択手段は、外部から取得する選択信号に基づいて、ヒートパターン記憶部から、その選択信号に対応するヒートパターンを読み出すものとされる。
【００１６】
ヒートパターン選択手段とヒータ駆動制御部とは、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭを有するコンピュータ上において、ヒートパターン記憶部となるＲＯＭ内に記憶されたヒータ制御プログラムをＣＰＵが実行することにより機能実現されるものとすることができる。この場合、実検知用ヒートパターンと検査用ヒートパターンとをＲＯＭに一括して記憶しておくことができる。実検知用ヒートパターンとともにＲＯＭに一括して記憶する形であれば、フォトリソグラフィー技術等によりヒートパターンデータを焼き付けるだけで実装を完了できるので、検査用ヒートパターンを余分に搭載しているにもかかわらず、制御装置の価格上昇はほとんど問題にならなくなる。特に、ＣＰＵ、ＲＡＭ及び実検知用ヒートパターンと検査用ヒートパターンとを焼き付けたＲＯＭがワンチップ化されたマイクロプロセッサを用いると、部品点数が減少するので制御装置自体の価格低減を図ることができるほか、基板上における部品実装面積が減少するので、基板の小型化にも大きく寄与することができる。そして、小型基板では、検査用ヒートパターンを有した検査専用の制御部を外付け接続することは非常に困難であるが、上記構成では、検査用ヒートパターンが実検知用ヒートパターンとともにはじめからマイクロプロセッサのＲＯＭ内に搭載されるので、こうした問題をそもそも考える必要がなくなる。検知素子がコンピュータとともに同一基板上に実装されている場合は、該効果が特に顕著である。
【００１７】
検査用ヒートパターンとしては、検査用ガスを用いた検査検知を行なう検査検知用ヒートパターンを用意しておくことができる。この場合、実検知用ヒートパターンと検査検知用ヒートパターンとは、いずれも、検知素子の温度を活性化状態に維持可能な一定の活性化維持電圧によりヒータを発熱駆動する活性化維持期間と、検知素子の活性化を促進するために、活性化維持期間に先立ってヒータを活性化維持電圧よりも高い活性化促進電圧にて発熱駆動する活性化促進期間とを有するものとすることができる。活性化の促進は、活性化維持期間よりも高温で検知素子を予熱することにより、検知素子の表面からの吸着ガス分子の脱着を促すことにより行われる。
【００１８】
検査時の検知素子には、前記した通り、実使用時よりも強固にガス吸着していることが多く、吸着ガス分子の脱着にも長時間を要する。従って、検査前の検知素子を検査処理に先立つ別段取りにより予熱処理して、吸着ガス分子を十分に脱着しておくことが望ましい。このような処理を経た後、速やかに検知素子の検査を行なうようにすれば、予熱による活性化促進は実使用時よりもむしろ短時間で済むか、あるいは省略しても問題がなくなる。この場合、検査検知用ヒートパターンの活性化促進期間は、実検知用ヒートパターンの活性化促進期間よりも短く設定しておくことができる。このような活性化促進期間の短い検査検知用ヒートパターンを用いれば、実検知用ヒートパターンを用いる場合と比較して、活性化促進期間が短い分だけ検査処理（検査検知）を短時間で終わらせることができる。
【００１９】
検知素子の活性化促進のための予熱は、例えば専用の予熱炉を用いて行なうこともできるが、予熱温度が基板の半田リフロー温度よりも高ければ、基板実装前に予熱を行なう必要がある。この場合、予熱後に基板への実装工程が挟まるので、その間に再び検知素子へのガス吸着が進行してしまう懸念がある。そこで、基板に実装された検知素子活性化用のヒータを用いれば、検知素子を選択加熱できるので基板実装後であっても予熱を問題なく行なうことができる。この場合、検査用ヒートパターンとして、検査検知に先立って検知素子を予熱処理するために、ヒータを活性化維持電圧よりも高い活性化促進電圧にて発熱駆動する検査予熱用ヒートパターンを用意しておくことができる。こうすれば、予熱用のプログラムを検査側の装置（検査用の測定装置であってもよいし、測定装置とは別途用意された予熱制御装置であってもよい）に用意しておく必要がなくなるので、便利である。
【００２０】
この場合の検査方法は、具体的には、上記本発明のガスセンサ制御装置を用い、検査検知に先立って、検査予熱用の装置に該ガスセンサ制御装置を接続し、その状態で検査予熱用ヒートパターンを選択し、該検査予熱用ヒートパターンに従ってヒータ制御駆動部がヒータを発熱駆動することにより検知素子を予熱処理する。検査予熱用の装置を検査処理用の装置と別に用意し、上記方法により検知素子の予熱処理を検査処理に先立つ別段取りにて実施しておけば、複数のガスセンサに対して検査処理と予熱処理とを並列に行なうことができ、検査処理のタクトタイムを大幅に短縮することができる。
【００２１】
なお、本明細書の特許請求の範囲において各要件に付与した符号は、添付の図面の対応部分に付された符号を援用して用いたものであるが、あくまで発明の理解を容易にするために付与したものであり、特許請求の範囲における各構成要件の概念を何ら限定するものではない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき図面を用いて説明する。
図１（ａ）は、ガスセンサユニット（ガスセンサ制御装置）の一例を示すものである。このガスセンサユニット１は自動車等の車両に取り付けて使用され、外気取入用ダクト内の排気ガス濃度変化をガスセンサにより検知して、内気循環用ダクトに自動切換えするために用いられるものである。
【００２３】
ガスセンサ４は、被検知ガス取入口４ｄが形成されたケース４ｃの内部に、排気ガス分子の吸着により電気抵抗値を変化させる、金属酸化物半導体からなる検知素子５（図２）と、その検知素子５の検知能を活性化するためのヒータ５１とを組み込んだものである。このガスセンサ４が、ワンチップマイコンＩＣ１０と、コンデンサや抵抗器からなる周辺回路部品７とからなる制御装置９とともに、基板３に一体的に組み付けられている。基板３は、プラスチック製のケース１９，１７内に封入され、ケース１９にはコネクタ１５と、ガスセンサ４を収容するととともに複数のガス導入孔１８が設けられたセンサ収容部１６とが形成されている。コネクタ１５内には、ガスセンサユニット１を自動車あるいは後述する検査装置に接続するためのヒータ電源端子４８ａ、センサ出力端子４８ｂ及び接地端子４８ｃからなる端子群４８が設けられている。端子部４８は、基板３に設けられた端子穴３ｈに挿通され、この端子穴３ｈの周囲に形成された金属パッドを介して、基板３上の制御装置９の配線パターンに半田付け接続されている。
【００２４】
図２は、制御装置９の電気的構成を示す回路図である。制御装置９の要部はＣＰＵ５３、ＲＡＭ５４、ＲＯＭ５５及びデータ入出力インターフェース（以下、「Ｉ／Ｏ」と略記する）５６を有するコンピュータ５０であり、マイコン１０を構成している。主電源は自動車に搭載されたバッテリー７５であり、このバッテリー電圧Ｖ_ＢＴ（定格：＋１２Ｖ）を元に、電源回路８０が、マイコン１０等の駆動及び信号源に使用される電源電圧Ｖ_ＣＣ（＋５Ｖ）を生成・供給する。電源回路８０は、三端子レギュレータ７７を用いた周知の安定化電源回路として構成され、符号７６はバッテリー電圧Ｖ_ＢＴのリップルを除去するための平滑化用コンデンサであり、符号７８，７９は三端子レギュレータ７７の発振防止用のコンデンサである。
【００２５】
ガスセンサ４の検知素子５は、ＣＯ、ＨＣなどの還元性ガスを検知する第一種検知素子５ａと、ＮＯｘなどの酸化性ガスを検知する第二種種検知素子５ｂとを有する。前者は、還元性ガス分子吸着により電気抵抗率を減少させる酸化物薄膜（例えばＳｎＯ_２）、後者は酸化性ガス分子吸着により電気抵抗率を増加させる酸化物薄膜（例えばＷＯ_３）により形成される。図１（ｂ）に示すように、第一種検知素子５ａと第二種検知素子５ｂとは、ヒータ５１とともにセラミック基体５ｃ上に一体的に形成されている。なお、本実施形態では、第一種検知素子５ａ及び第二種検知素子５ｂの各出力端子５ｔ１、５ｔ２と、両素子５ａ、５ｂの間で共用される接地端子５ｔｇが設けられている。また、ヒータ用の入力端子は５ｔ３であり、接地側の端子は両素子５ａ、５ｂの接地端子５ｔｇと共用化されている。
【００２６】
図２に示すように、上記いずれの検知素子５ａ，５ｂも、分圧抵抗６７あるいは分圧抵抗６８が直列接続され、検知素子５ａ，５ｂの抵抗変化に応じた分圧比により、電源電圧Ｖ_ＣＣを分割する。なお、分圧抵抗６７，６８の一端が接地されるようにして、検知素子５ａ，５ｂはそれぞれ直列接続される。そして、それら分圧抵抗６７，６８との接続点に生ずる各分圧電圧がアナログセンサ出力ＶＸｇ，ＶＸｄとして、Ｉ／Ｏ５６のポートＰ１，Ｐ２にそれぞれ入力される。これらセンサ出力ＶＸｇ，ＶＸｄは、ＣＰＵ５３がＲＡＭ５４をワークエリアとして、ＲＯＭ５５に記憶された検知プログラム１５５を実行することにより、ガス濃度データとされ、Ｉ／Ｏ５６のポートＰ５から、コネクタ１５の端子４８ｂを介してアナログのガス濃度信号ＦＣＳとして出力される。２つの検知素子５ａ，５ｂからのガス濃度信号ＦＣＳは、例えば検知プログラム１５５による時分割出力処理により、１つの端子４８ｂを用いて出力できる。
【００２７】
図３に示すように、このガス濃度信号ＦＣＳは、コネクタ１５を介して接続されたフラップ制御装置１００に入力される。フラップ制御装置１００は、ガス濃度信号ＦＣＳをもとに、アクチュエータ１０３を動作させてフラップ１０５を移動させる。そして、このフラップ１０５の位置により、車両内の内気を循環させるための内気循環用ダクト１０９と、外気を導入するための外気取入用ダクト１０７とのいずれかが、メインダクト１０１に切り替え可能に接続される。なお、メインダクト１０１内には、空気を圧送するファン１１１が設置されている。
【００２８】
図２に戻り、バッテリー電圧Ｖ_ＢＴは、コネクタ１５の端子４８ａから受電される。該バッテリー電圧Ｖ_ＢＴは、抵抗器６９及び７０により分圧調整された後、バッテリー電圧監視信号ＲＲＴとして、Ｉ／Ｏ５６のポートＰ３に入力される。一方、バッテリー電圧Ｖ_ＢＴはヒータ制御用トランジスタ７４を介してヒータ５１に供給される。本実施形態ではヒータ制御用トランジスタ７４はｐチャネル型ＭＯＳ−ＦＥＴにより構成され、そのゲート入力（抵抗器７１，７２により分圧調整されたバッテリー電圧Ｖ_ＢＴである）が、バイポーラトランジスタからなるゲート駆動トランジスタ７３によりスイッチング駆動される。
【００２９】
ゲート駆動トランジスタ７３のベースには、Ｉ／Ｏ５６のポートＰ４から出力される設定電圧値に応じたデューティ比ＤＲＶを有するＰＷＭ信号が抵抗器７３ｂを介して入力される。これにより、ヒータ制御用トランジスタ７４が該ゲート駆動トランジスタ７３を介してデューティ比ＤＲＶにてスイッチングされ、ヒータ５１の出力（ヒータ５１への供給電力）が、そのデューティ比ＤＲＶに対応した値に調整される。なお、抵抗器７３ａは、ゲート駆動トランジスタ７３の残留電荷を引き抜いて、ゲート駆動トランジスタ７３のＯＮからＯＦＦへのスイッチング速度を向上させる役割を果たす。なお、ポートＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、コンピュータ５０側にＡ／Ｄ変換機能が内蔵されており、アナログ信号を直接入力できる。また、ポートＰ４、Ｐ５は、ＰＷＭ信号を出力するポートである。
【００３０】
コンピュータ５０のＲＯＭ５５には、製品出荷後のガスセンサ４（図１のセンサユニット１の状態である）を、自動車の外気取入用ダクト１０７（図３）に実装し、該ダクト１０７内の排気ガス検出に実使用する際に用いる実検知用ヒートパターン１５７と、製品出荷前のガスセンサ４を検査するために用いる、上記実検知用ヒートパターン１５７とは異なる検査用ヒートパターン１５８，１５９とが記憶されている。これらのヒートパターン１５７〜１５９は、外部から取得する選択信号ＲＳＳに対応したものが選択され読み出される。ＣＰＵ５３は、当該選択されたヒートパターンを用いて、ＲＯＭ５５に記憶されたヒータ制御プログラム１５６により、ヒータ５１を前記したＰＷＭ制御により発熱駆動する。なお、選択信号ＲＳＳの検出は、後述するがＩ／Ｏ５６のポートＰ３に入力される電圧監視信号ＲＲＴに基づき行なわれる。
【００３１】
図１のセンサユニット１のコネクタ１５は、実使用時には、図２に示す自動車側のコネクタ２１５に接続される。ヒータ電源端子４８ａは、バッテリー電圧Ｖ_ＢＴの供給端子２１５ａに、センサ出力端子４８ｂはフラップ制御装置１００（図３）への信号供給端子２１５ｂに、接地端子４８ｃは自動車側の接地端子２１５ｃにそれぞれ接続される。また、検査時には、図４に示す検査装置３６５側のコネクタ２１５に接続される。ヒータ電源端子４８ａは、検査装置３６５の電源回路２６６からの電源供給端子２１５ａに、センサ出力端子４８ｂは検査用コンピュータへのセンサ出力入力端子２１５ｂに、接地端子４８ｃは接地端子２１５ｃにそれぞれ接続される。後述する通り、ヒータ電源端子４８ａは選択信号ＲＳＳの入力端子も兼用する。
【００３２】
図１０は、ヒータ制御プログラム１５６（図２）の処理の流れを示すものである。Ｓ１（Ｓはステップの略記）では、処理に使用するＲＡＭ５４内の各種メモリエリアを初期化する。ついで、Ｓ２でポートＰ３を通じて、電圧監視信号ＲＲＴを取得する。そして、Ｓ３において、ヒートパターンの選択信号（ＲＳＳ）の検出処理をＩ／Ｏ５６のポートＰ３に入力される電圧監視信号ＰＲＴに基づいて行い、その選択信号の内容に応じてヒートパターンを選択する。このＳ３の選択信号検出処理は図１２に示すものであるが、詳細は後述する。そして、Ｓ４においては、選択されたヒートパターンに応じたヒータ駆動処理を実行する。Ｓ４のヒータ駆動処理の詳細についても後述する。その後、電圧監視信号ＲＲＴの取得のためのサンプリングタイムである０．４秒の経過を待ち、Ｓ２に戻る。本実施形態においては、ＲＯＭ５５内に記憶された選択可能なヒートパターンとして、図６に例示するようなヒートパターン１５７，１５８，１５９が用意されている。
【００３３】
本実施形態においては、検査用ヒートパターンとして、例えば図６に示すような、検査用ガスを用いた検査検知を行なう検査検知用ヒートパターン１５９が用意されている。実検知用ヒートパターン１５７と検査検知用ヒートパターン１５９とは、いずれも、検知素子５の温度を活性化状態に維持可能な一定の活性化維持電圧Ｖ３によりヒータを発熱駆動する活性化維持期間１６７を有する。また、実センシング用ヒートパターン１５７については、検知素子５の活性化を促進するために、活性化維持期間１６７に先立ってヒータ５１を活性化維持電圧Ｖ３よりも高い活性化促進電圧Ｖ１，Ｖ２にて発熱駆動する活性化促進期間１６５，１６６，１６８が設定されている。検査検知用ヒートパターン１５９についても、活性化維持期間１６７に先立ってヒータ５１を活性化維持電圧Ｖ３よりも高い活性化促進電圧Ｖ１にて発熱駆動する活性化促進期間１６５を設定しているが、この活性化促進期間１６５は、実検知用ヒートパターン１５７の活性化促進期間１６５，１６６，１６８よりも短く設定されている。このような活性化促進期間の短い検査検知用ヒートパターン１５９を用いれば、実検知用ヒートパターン１５７を流用する場合と比較して、活性化促進期間が短い分だけ検査処理（検査検知）を短時間で終わらせることができる。
【００３４】
実検知用ヒートパターン１５７の活性化促進期間１６５，１６６，１６８には、活性化維持電圧Ｖ３よりも高い第一活性化促進電圧Ｖ１にて一定保持する第一活性化促進期間１６５と、該第一活性化促進電圧Ｖ１と活性化維持電圧Ｖ３との中間に設定された第二活性化促進電圧Ｖ２にて一定保持する第二活性化促進期間１６６とが設定されている。活性化促進期間の後半において、活性化促進電圧を、活性化維持電圧Ｖ３に近づくように段階的又は連続的に減少させることにより、検知素子５の活性化を促進させて、ひいては、検知素子５をより早期に定常測定可能な状態とすることができる。本実施形態では、ヒータ温度を目標温度により早く近づけるため、第一活性化促進電圧Ｖ１から第二活性化促進電圧Ｖ２へ電圧を階段状に減少させた後、期間１６８において活性化維持電圧Ｖ３に向けて電圧を漸減させるようにしている。なお、第二活性化促進電圧Ｖ２から活性化維持電圧Ｖ３に向けて電圧を徐々に近づけるように変化させることで、ヒータ５１に電圧の急変に伴なうヒートショックを緩和させている。
【００３５】
他方、検査検知用ヒートパターン１５９の活性化促進期間１６５には、第一活性化促進電圧Ｖ１による第一活性化促進期間１６５のみが、実検知用ヒートパターン１５７の活性化促進期間の全体１６５，１６６，１６８より短くなるように設定されている。これは、後述する検査時の予熱後において、可及的速やかに検査処理に移行したとしても、検知素子５には多少の吸着が生ずるので、第一活性化促進期間１６５のみからなる短時間の活性化処理を行なうことにより、この吸着の影響を軽減することができる。また、第一活性化促進期間１６５を実検知用ヒートパターン１５７との間で共用化できるから、ＲＯＭ５５内に記憶するヒートパターンデータのサイズを少なくすることができる。
【００３６】
一方、検査用ヒートパターンとしては、検査検知に先立って検知素子５を予熱処理（エージング処理）するために、ヒータ５１を活性化維持電圧Ｖ３よりも高い活性化促進電圧Ｖ１，Ｖ２にて発熱駆動する検査予熱用ヒートパターン１５８が別途用意されている。この検査予熱用ヒートパターン１５８は、検知素子５を検査検知に先立つ別段取りにより予熱処理し、吸着ガス分子を十分脱着するために使用されるものである。この予熱処理は、ガスセンサ４（ガスセンサユニット１）を、図５に示すように雰囲気形成用チャンバ９０内に配置し、検査予熱用ヒートパターン１５８に従ってヒータ５１を発熱駆動しつつ、該チャンバ９０内にエージング用ガスＴＧＳを導入することにより行なわれる。このような予熱処理が検査検知とは別段取りの形で並列に行われることにより、検査検知用ヒートパターン１５９を用いることによる検査処理の時間短縮を、検査処理のタクトタイム短縮に直結させることが可能となる。
【００３７】
検査予熱用ヒートパターン１５８には、第一活性化促進電圧Ｖ１にて保持される第一予熱期間２６５と、第二活性化促進電圧Ｖ２にて実検知用ヒートパターン１５７の第二活性化促進期間１６６よりも長時間保持される第二予熱期間２６６が設けられている。検査時の検知素子５に強固にガス吸着している場合でも、上記のような第二予熱期間２６６を設けることで、ガス分子の脱着を速やかに行なうことができ、検査測定（検査センシング）時の検査用ガスに対する検知素子５の感度を高めることができる。なお、より高電圧の第一予熱期間２６５を設けるのは、ヒータ５１の温度を、第二予熱期間２６６での目標定常温度に早期に到達させるためである。
【００３８】
なお、実検知用ヒートパターン１５７及び検査検知用ヒートパターン１５９の各第一活性化促進期間１６５と、検査予熱用ヒートパターン１５８の第一予熱期間２６５とは同一時間に設定されている。これにより、第一活性化促進期間１６５と第一予熱期間２６５とのヒートパターンデータを共用化でき、ＲＯＭ５５内のデータサイズ縮小効果をより高めることができる。
【００３９】
次に、選択信号ＲＳＳとして、上記のヒートパターン１５７，１５８，１５９に一対一に対応した、図７〜図９に例示するような複数の信号データパターン１６１，１６２，１６３が定められている。選択信号ＲＳＳのパターンは、コンピュータ５０のデータ入出力インターフェース５６において予め定められた１つのポートＰ３に電圧監視信号ＲＲＴに調整されて入力される。つまり、コンピュータ５０への入力電圧レベルを５Ｖ以下に調整するため、図２に示したように抵抗器６９、７０で選択信号ＲＳＳを所定の割合（具体的には１／４）に分圧して、電圧監視信号ＰＲＴとしてポートＰ３に入力される。そして、ヒートパターン選択手段として機能するＣＰＵ５３は、当該ポートＰ３に入力された選択信号ＲＳＳの信号データパターンを読み取って識別し、対応するヒートパターンをＲＯＭ５５から読み出す。この方法によると、ＣＰＵ５３はポートＰ３を監視することにより、選択信号ＲＳＳの信号データパターンの識別を簡易な処理にて迅速に行なうことができる。
【００４０】
なお、監視すべきポートの数は増加するが、複数のポートに選択信号を入力可能としておき、どのポートに選択信号が入力されたかにより、選択すべきヒートパターンを特定するようにしてもよい。また、割り込み信号入力端子（ＩＮＴ１，ＩＮＴ２）にエッジトリガ信号を入力し、ヒートパターンの選択を割り込み処理にて行なうようにしてもよい。この場合は、コネクタ１５に、割り込み信号を取り扱うための端子を別途設ける必要がある。
【００４１】
本実施形態においては、ヒータ電源電圧Ｖ_ＢＴはバッテリー電圧であり、負荷変動やオルターネータからの交流重畳、さらにはバッテリーの劣化状況等により、９Ｖ〜１６Ｖの比較的広い範囲で変動する。これをヒータ５１の電源として用いる場合、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電源を用いて安定化してから用いる方法もある。しかし、ヒータ５１が比較的大きな電力を消費することもあって、電源回路の追加に相当のコストを要する問題がある。特に、図２に示すような小型のセンサユニットが求められる場合には、大型電源の搭載がスペース上不可能であることも多い。
【００４２】
そこで、上記の実施形態にあっては、ヒータ制御部として機能するコンピュータ５０は、電圧変動の見込まれるヒータ電源電圧Ｖ_ＢＴの電圧値ＲＳＳを電圧監視信号ＲＲＴとして測定し、ヒートパターン１５７が規定する目標ヒータ出力値が得られるように、測定された電圧値に応じてデューティ比ＤＲＶを定める。そして、該デューティ比ＤＲＶによりヒータ電源電圧Ｖ_ＢＴを、トランジスタ７３，７４を用いてスイッチングするにより、ヒータ５１の出力を制御する。このようにすると、電源電圧Ｖ_ＢＴが変動しても、これをリアルタイムに測定し、その電源電圧Ｖ_ＢＴを用いたときに、要求されるヒータ出力Ｗを充足するデューティ比ＤＲＶをその都度算出して設定するので、高価な電源ＩＣを用いずともヒータ出力を正確にコントロールすることが可能である。
【００４３】
図１１に、図１０に示すメインルーチンのＳ４におけるヒータ駆動処理の流れを示す。なお、図１１に処理を行うにあたって、図１０のＳ１の初期化処理において、電力指示値Ｗ（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３）が設定されている。ここで、電力指示値Ｗの初期値については、本実施形態では、７Ｖ相当の電圧をヒータ５１に印加する際のデューティ比ＤＲＶ（以下、第１デューティ比ＤＲＶ１という）を算出するための初期値Ｗ１＝４９（＝７Ｖの２乗）、６．３Ｖ相当の電圧をヒータ５１に印加する際のデューティ比ＤＲＶ（以下、第２デューティ比ＤＲＶ２という）を算出するための初期値Ｗ２＝４０（＝６．３Ｖの２乗）、５Ｖ相当の電圧をヒータ５１に印加する際のデューティ比ＤＲＶ（以下、第３デューティ比ＤＲＶ３という）を算出するための初期値Ｗ３＝２５（＝５Ｖの２乗）を設定している。電圧に対し電力は電圧の２乗の関係を有するからである。
【００４４】
まず、Ｓ５１にて、図１０のメインルーチンの処理が開始してからタイマ変数が１０秒を経過したか否か判断する。経過前の場合にはＳ５２に進み、経過した場合にはＳ５４に進む。
【００４５】
Ｓ５２では、取得した電圧監視信号ＲＲＴの電圧値ＶＳ（選択信号ＲＳＳの電圧値を１／４に分圧した値）を用いて、第１デューティ比ＤＲＶ１を、ＤＲＶ１＝Ｗ１／（ＶＳ／４）^２（＝Ｗ１／ＲＳＳの電圧値の２乗）によって算出する。その後、Ｓ５３において、得られた第１デューティ比ＤＲＶ１に従ってポートＰ４よりＰＷＭ出力し、ヒータ５１を第１デューティ比ＤＲＶ１でパルス駆動する。このようにして、ヒータ５１には、７Ｖ相当の電圧を印加したのと同様の電力が投入される。
【００４６】
一方、Ｓ５１にて肯定判定されてＳ５４に進むと、検査予熱用ヒートパターンが選択されているか否かを判断する。検査予熱用ヒートパターンが選択されている場合にはＳ５７に進み、選択されていない場合にはＳ５５に進む。Ｓ５７では、取得した電圧監視信号ＲＲＴの電圧値ＶＳ（選択信号ＲＳＳの電圧値を１／４に分圧した値）を用いて、第２デューティ比ＤＲＶ２を、ＤＲＶ２＝Ｗ２／（ＶＳ／４）^２（＝Ｗ２／ＲＳＳの電圧値の２乗）によって算出する。その後、Ｓ５８において、得られた第２デューティ比ＤＲＶ２に従ってポートＰ４よりＰＷＭ出力し、ヒータ５１を第２デューティ比ＤＲＶ２でパルス駆動する。このようにして、ヒータ５１には、６．３Ｖ相当の電圧を印加したのと同様の電力が投入される。
【００４７】
一方、Ｓ５４で否定判定されると、Ｓ５５にて検査センシング用ヒートパターンが選択されているか否かを判断する。検査センシング用ヒートパターンが選択されている場合にはＳ６１に進み、選択されていない場合にはＳ５６に進む。Ｓ６１では、取得した電圧監視信号ＲＲＴの電圧値ＶＳ（選択信号ＲＳＳの電圧値を１／４に分圧した値）を用いて、第３デューティ比ＤＲＶ３を、ＤＲＶ３＝Ｗ３／（ＶＳ／４）^２（＝Ｗ３／ＲＳＳの電圧値の２乗）によって算出する。その後、Ｓ６２において、得られた第３デューティ比ＤＲＶ３に従ってポートＰ４よりＰＷＭ出力し、ヒータ５１を第３デューティ比ＤＲＶ３でパルス駆動する。このようにして、ヒータ５１には、５Ｖ相当の電圧を印加したのと同様の電力が投入される。
【００４８】
Ｓ５５にて否定判定されると、Ｓ５６にて図１０のメインルーチンの処理が開始してからタイマ変数が４０秒を経過したか否か判断する。経過前の場合にはＳＳ５７に進み、経過した場合にはＳ５９に進む。なお、このＳ５６に進んだ場合には、検査予熱用ヒートパターン、検査センシング用ヒートパターンのいずれも選択されなかったことになり、実センシング用ヒートパターンが選択されたことになる。
【００４９】
Ｓ５６にて否定判定された場合のＳ５７以降の処理は、上述した通りである。一方、Ｓ５６にて肯定判定されてＳ５９に進むと、Ｓ５９では、初期値Ｗ２が初期値Ｗ３と比較され、Ｗ２＞Ｗ３のときには、Ｓ６０に進む。Ｓ６０では、初期値Ｗ２が、Ｗ２＝Ｗ２−Δの式によって漸減処理される。本実施形態では、Δ＝０．２とした。従って、Ｓ６０を７５回通過すると、つまり３０秒（＝７５×０．４）経過すると、Ｓ５９でＷ２≦Ｗ３となり肯定判定され、Ｓ６１に進む。Ｓ６１以降の処理については、上述した通りである。
【００５０】
なお、Ｓ６０の漸減処理が行われてＳ５７に進んだ場合の当該Ｓ５７以降の処理は上述した通りである。但し、Ｓ６０で初期値Ｗ２を漸減させているので、Ｓ５７で算出される第２デューティ比ＤＲＶ２は、Ｓ５６で否定判定された場合にＳ５７にて算出される第２デューティ比ＤＲＶ２より次第に小さくなる。
【００５１】
このようにして、図１１に示すヒータ駆動処理では、図１０のＳ３にて選択されるヒートパターンに応じて、実センシング用ヒートパターン、検査予熱用ヒートパターン、検査センシング用ヒートパターンの３種を実行する。なお、実センシング用ヒートパターン、検査予熱用ヒートパターン、検査センシング用ヒートパターンは、いずれが選択される場合にも図１１に示すＳ５１〜Ｓ５３の処理は共通して実行される。これは、上述したように本実施形態では、７Ｖ相当の電圧を印加したのと同様の電力を投入する第１活性化促進期間１６５及び２６５を各ヒートパターンにおいても共通化させるようにして行っているからである。
【００５２】
なお、図１０のメインルーチンにＳ４として示すヒータ駆動処理を行うにあたっては、図１１に示したように演算式を用いてデューティ比ＤＲＶを算出する方法に限られず、マッピング処理によってデューティ比を算出するようにして行ってもよい。具体的には、図１３に示すように、種々の電圧監視信号ＲＲＴの電圧値Ｖ１、Ｖ２、・・・・Ｖｎにおいて目標電力値Ｗ１、Ｗ２、・・・・Ｗｎを与えるデューティ比ＤＲ_ｉｊ（ｉ＝１、２、・・・・ｎ、ｊ＝１、２、・・・・ｎ）の二次元のデューティ比変換テーブル（図２参照）を用意しておき、サンプリングされる電圧監視信号ＲＲＴの電圧値と目標電力値Ｗに対応するデューティ比ＤＲ_ｉｊの値を各ヒートパターンに沿って読み取り、そのデューティ比ＤＲ_ｉｊ用いることもできる。なお、電圧監視信号ＲＲＴと目標電力値の組みに直接対応するデューティＤＲ_ｉｊがテーブル１６０上に見出されなかった場合は、補間により算出することができる。
【００５３】
本実施形態においては、実使用時のガスセンサ実装先、ここでは自動車のバッテリー７５から供給されるヒータ電源電圧Ｖ_ＢＴを、実検知用ヒートパターン１５７の選択信号ＲＳＳとして流用する。他方、検査時にガスセンサ４が接続される検査側装置（本実施形態では、予熱装置を兼用した検査装置である）３６５にて、バッテリー７５とは別途の電源電圧を用いて、選択信号ＲＳＳとして意味付けられた経時的な電圧変化パターンを伴う電圧信号１６２，１６３（図８、図９）を生成し、該電圧信号を検査用ヒートパターンの選択信号ＲＳＳとして用いる。
【００５４】
この構成の利点は、以下の通りである。従来においても、自動車等の実装先にこの種のガスセンサを接続する場合は、図１のような３つの端子４８ａ〜４８ｃを有するコネクタ１５が使用される。先にも記載したように、この３つの端子は、ヒータ電源端子４８ａ、センサ出力端子４８ｂ及び接地端子４８ｃである。しかし、本発明のように、検査用のヒートパターンの選択信号ＲＳＳを制御装置９に入力できるようにする場合、選択信号ＲＳＳの入力系統を新たに設ける構成では、コネクタ１５に新たに選択信号ＲＳＳの入力端子を増設するなど、検査のみの目的でハードウェア上の構成変更が必要となり、無駄が多い。また、コネクタが相違したのでは、従来型のセンサとの互換性も当然確保できない。
【００５５】
しかしながら、図８及び図９に示すように、１つの電源電圧を用いて、選択信号ＲＳＳとして意味付けられた経時的な電圧変化パターンを伴う電圧信号１６２，１６３を生成し、これを選択信号ＲＳＳとして用いれば、電源電圧をＩ／Ｏ５６のポートＰ３を介して監視することにより、特にハードウェア上の変更を伴うことなく、制御装置９は選択信号ＲＳＳの信号データパターンを認識することが可能となる。ここで、図７に示すように、信号認識のために予め定められた期間（以下、信号識別期間という：０＜Ｔ＜Ｔ４）中、閾電圧Ｖｂよりも低レベルに維持される電源電圧波形１６１を、実使用時であることを識別するための選択信号ＲＳＳとして用いることができる。また、検査用ヒートパターン１５８，１５９が、ノイズ等の影響により実使用時に誤動作する不具合を防止する観点から、検査用ヒートパターン１５８，１５９として定められた電源電圧波形（図８、図９）以外の波形が認識された場合は、一律に実使用時であると判定するようにしてもよい。
【００５６】
選択信号は、例えば、２つの異なる電圧レベルの変化エッジを含む信号とすることができる。この変化エッジの、信号識別期間内における有無あるいは数、変化エッジの時間的位置、あるいは変化エッジの向き（つまり、高レベル電圧から低レベル電圧への変化であるか、あるいはその逆であるか）の少なくともいずれかを検出することにより、選択信号の種別を識別することができる。変化エッジを形成するための、２つの電圧レベルの差は、例えば１．５〜５Ｖ程度に設定することが望ましい。１．５Ｖ未満では変化エッジの誤検出が生じやすくなり、５Ｖを超えると、電圧レベルの差をマイコンの動作電圧の範囲内に収め切れなくなる。
【００５７】
電源電圧を２つの異なる電圧レベルの変化エッジを含む選択信号に変化させる方法は特に限定されないが、その一例を図４に示す。図４の信号発生回路３６５は、電源回路２６６の出力電圧ＶＳＳ（１６Ｖ：第１電圧）を分岐して、安定化電源回路２７０及び２７１（例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータで構成できる）により、１２．５Ｖ（第二電圧：第一電圧より低い）及び５Ｖ（第三電圧：第二電圧より低い）の定電圧を生成する。１６Ｖ及び１２．５Ｖの各電圧は、スイッチ素子（リレーあるいはトランジスタで構成される）２６８及び２６９により切り換え出力される。５Ｖの電圧はその切り換え制御に使用する。
【００５８】
具体的には、該５Ｖ電圧は、最終的な信号波形に対応した周波数で発信する発振器２７２によりパルス化され、バイナリカウンタ２７６に入力される。バイナリカウンタ２７６はそのパルスを受けてカウントアップするとともに、各ビットの出力が、ＡＮＤゲートを組み合わせて構成されたマルチプレクサ２７３に入力される。マルチプレクサ２７３には、別途設定された回数設定信号が入力されており、カウント数が最終的な信号波形に必要な電圧切り換え回数に到達すると、該マルチプレクサ２７３は回数一致信号ＣＳを出力する。この回数一致信号ＣＳは、その後、バイナリカウンタ２７６がさらにカウントアップしてもアクティブレベルを保持するように、Ｄ型フリップフロップ２７４を介して最終段のスイッチ駆動ゲート２７５の一方の端子に入力され、他方の端子には、発振器２７２からの出力が入力される。該スイッチ駆動ゲート２７５はＯＲ回路であり、少なくとも一方の入力がアクティブとなったときに、出力がアクティブとなる。そして、その出力は、スイッチ２６８と２６９との一方にはそのままの形で、他方にはインバータ２７６により反転させた形で、それぞれ入力される。その結果、カウント数が設定回数に到達するまでは１６Ｖと１２．５Ｖとが交互に切り換わり、以降は１２．５Ｖが保持される波形が生成される。このようにして、図８あるいは図９に示すような、２レベル間で電圧がステップ状に変化する信号波形を形成することができる。
【００５９】
なお、変化エッジの検出は、電源電圧をＩ／Ｏ５６のポートＰ３を介して監視して、予め定めた閾値Ｖｂよりも高レベルの電圧（ＶＨ）と、同じく低レベルの電圧（ＶＬ）との間で変化が起きたかどうかを調べることにより検出ができる。他方、先に測定した電圧レベルを記憶しておき、これを現在の電圧レベルと比較して、予め定められた幅（例えば３Ｖ）以上の電圧変化が現れた場合にエッジ検出とする方法も採用可能である。
【００６０】
図１２は、図１０に示すメインルーチンのＳ３における選択信号検出処理、すなわち電源電圧に反映された選択信号ＲＳＳを検出する処理の流れを示すものである。この例では、閾電圧Ｖｂとの大小関係を用いて電圧エッジ検出を行っている。まず、Ｓ１０１で、図１０に示すＳ２にて検出された電圧監視信号ＲＲＴの電圧値Ｖｓをリードする。Ｓ１０２ではその値が閾値Ｖｂより小さいかどうかを判定し、Ｖｓ＞ＶｂであればＳ１０３に進んで、エッジ検出フラグＦ_Ｌをリードする。このフラグは、先の測定でＶｓ＞Ｖｂであったとき第一値（以下、「１」とする）、Ｖｓ＜Ｖｂであったとき第二値（以下、「０」とする）に設定されるものであり、初期化処理においては、本実施形態では「０」に設定される。もしその値が「０」（つまり、先の測定でＶｓ≦Ｖｂ）であったなら、現在はＶ_Ｓ＞Ｖｂであるから、ＶＬ→ＶＨの電圧エッジが生じたことになる。
【００６１】
本実施形態では、ノイズ等による誤検出を防止するために、Ｓ１０４〜Ｓ１０６において、エッジが出現すべきタイミングであるかどうかを確認する処理を行っている。図７〜図８に示すように、この例では、検査予熱用ヒートパターンの選択信号は、Ｔ＝Ｔ１，Ｔ３にてＶＨ→ＶＬの電圧エッジを、Ｔ＝Ｔ２にてＶＬ→ＶＨの電圧エッジをそれぞれ含み、検査検知用ヒートパターンの選択信号はＴ＝Ｔ１，Ｔ３にてＶＨ→ＶＬの電圧エッジ（以下、第一種エッジという）を、Ｔ＝Ｔ２，Ｔ４にてＶＬ→ＶＨの電圧エッジ（以下、第二種エッジという）をそれぞれ含む。従って、第二種エッジ判定を行なうＳ１０４〜Ｓ１０６では、エッジ検出された時刻のタイマー値Ｔをリードし（Ｓ１０４）、それがＴ２，Ｔ４からそれぞれ時間αまでの範囲内に収まっているかどうかを判定する（Ｓ１０５，Ｓ１０６）。収まっていれば、Ｓ１０７で第二種エッジの検出数カウンタＥｉをインクリメントし、Ｓ１０８でエッジ検出フラグＦ_Ｌを「０」とする。
【００６２】
他方、Ｓ１０２でＶｓ≦ＶｂであればＳ１０９へ進み、エッジ検出フラグＦ_Ｌをリードする。もしその値が「１」（つまり、先の測定でＶｓ＞Ｖｂ）であったなら、現在はＶ_Ｓ＞Ｖｂであるから、ＶＨ→ＶＬの電圧エッジ、つまり第一種エッジが生じたことになる。Ｓ１１０〜Ｓ１１２は、エッジが出現すべきタイミングであるかどうかを確認する処理であり、Ｓ１１０ではエッジ検出された時刻のタイマー値Ｔをリードし、それがＴ１，Ｔ３からそれぞれ時間αまでの範囲内に収まっているかどうかを判定する（Ｓ１１１，Ｓ１１２）。収まっていれば、Ｓ１１３で第一種エッジの検出数カウンタＥｊをインクリメントし、Ｓ１１５でエッジ検出フラグＦ_Ｌを「１」とする。
【００６３】
Ｓ１１５では再びタイマー値Ｔをリードし、信号識別期間の終了時刻Ｔ５（例えば、７５秒）に到達したかどうかを確認する。到達していなければ本選択信号検出処理を抜けメインルーチン（図１０）に戻る。他方、到達していれば、（Ｅｊ，Ｅｉ）の値の組をリードし、この値が（２，２）であれば、図９の検査検知用ヒートパターンの選択信号１６３が検出されたことを意味するから、Ｓ１１９に進んで検査検知用ヒートパターンの選択を行なう。また、（Ｅｊ，Ｅｉ）が（２，１）であれば、図８の検査予熱用ヒートパターンの選択信号１６２が検出されたことを意味するから、Ｓ１２０に進んで検査予熱用ヒートパターンの選択を行なう。そして、（Ｅｊ，Ｅｉ）がそれ以外の値であれば、実検知用ヒートパターンとなり、本選択信号検出処理を抜けメインルーチン（図１０）に戻る。
【００６４】
なお、選択信号検出処理のループは上記Ｓ１０２〜Ｓ１１４の各ステップを含むが、そのループ繰返し周期は、どの分岐処理を行なうかによって変動はするものの、ほぼ一定の時間内に収まっている。このことに着目して、本実施形態では処理の迅速化を図るため、ポートリード時にその都度タイマーにアクセスすることは行なっていない（つまり、ポートアクセス周期は、分岐処理の内容によって変動する）。その代わり、エッジが現れたときにはタイマーで現在時刻Ｔを確認するとともに、ループ繰返し周期の変動幅を見込んでタイミング判定マージンαを定め、αの範囲内に現在時刻Ｔが収まっていればエッジ検出として判定するようにしてある。
【００６５】
また、エッジ検出フラグＦ_Ｌを立てる代わりに、前回の電圧測定値Ｖａそのものを記憶し、現在の測定値Ｖｂとの差ΔＶ_Ｓ＝Ｖｂ−Ｖａを算出して、その差ΔＶ_Ｓが＋ΔＶ_Ｓ０以上（Ｖａ＞Ｖｂなので第一種エッジ）、あるいは−ΔＶ_Ｓ０以下（Ｖａ＜Ｖｂなので第二種エッジ）となっているかどうかを判定するようにしてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、選択信号をエッジ優先の信号として形成していたが、レベル優先の信号を使用することもできる。図１４は、２レベルの電圧の一方（図ではＶＬ）に保持される時間Ｔｈにより、選択信号の識別を行なう例を示している。
【００６７】
検査工程を含めた上記ガスセンサユニット１の製造工程の概略は、例えば以下のように実施することができる。すなわち、図１のようなガスセンサユニット１を組み立てた後、図５に示す雰囲気形成チャンバ９０内に配置し、さらに予熱処理用制御装置に接続する。このよう予熱処理用制御装置は予熱処理用の選択信号ＲＳＳを送信する機能を有していればよく、例えば単なる信号発生装置として構成しておくだけでもよいが、本実施形態では図４に示す検査装置３６５に兼用させている。次に、雰囲気形成チャンバ９０内にエージング用ガスＴＳＧを導入する。エージング用ガスＴＳＧは、還元性ガス（例えばＣＯ）に対する選択性を有した第１種検知素子５ａの予熱処理を行う場合には、検査検知時の後述する検査用ガスよりも高濃度に還元性ガス成分を含有したものを使用する。また、酸化性ガス（ＮＯ_２）に対する選択性を有した第二種検知素子５ｂの予熱処理を行う場合には、検査検知時の後述する検査用ガスよりも高濃度に酸化性ガス成分を含有したものを使用する。もちろん、これら２つの検知素子５ａ、５ｂの予熱処理を個別に行うことができる。この状態で、予熱処理用制御装置（検査装置３６５）側から予熱処理用の選択信号ＲＳＳをガスセンサユニット１の制御装置９に送信する。これを受けた制御装置９は、検査予熱用ヒートパターン１５８（図６）を選択し、ヒータ５１を該ヒートパターン１５８に従って発熱駆動することにより、予熱処理を行う。
【００６８】
予熱処理が終了したガスセンサユニットは、図４に示すような検査装置３６５に接続する。検査装置３６５は、検査検知用の選択信号（図９に示す符号１６３）を制御装置９に送信する。該選択信号を受けたガスセンサユニットの制御装置９は、検査検知用ヒートパターン１５９（図６）を選択し、ヒータ５１を該ヒートパターン１５８に従って発熱駆動する。既に予熱が終了しているので、第一活性化促進期間１６５のみ短縮された活性化処理がなされ、活性化維持期間１６７に移行後、ヒータ温度が安定化する一定時間が経過した後、検査処理が可能となる。
【００６９】
検査処理は、ガスセンサ４を図５に示した雰囲気形成用チャンバ９０と同様の構造の検査用チャンバ内に配置させ、例えば検査用ガスをチャンバ内に供給して、ガス濃度信号ＦＣＳをモニタすることにより行なうことができる。図４において、コネクタ１５のセンサ出力端子４８からガス濃度信号ＦＣＳが検査用コンピュータ２６７に入力され、例えばガス濃度信号ＦＣＳがハイレベル出力を出力しているかどうかにより、良・不良の判定がなされる。つまり、ガス濃度信号ＦＣＳをハイレベル出力とさせるべき所定濃度の特定ガス（還元性ガス、酸化性ガス）を含んだ検査用ガスを、チャンバ内に予め決められたタイミングで供給したときに、検知素子５ａ、５ｂの活性化が早期に進む場合には、検知素子５ａ、５ｂの検知能に優れる（換言すれば、特定ガスに対する検知素子５ａ、５ｂの抵抗Ｒｇ、Ｒｄの変化が大きく現れる）ことから、検査用ガスの供給を受けてハイレベル出力を示す（良判定を示す）ことになるのである。不良判定されたセンサユニットはロットから除外・選別され、良判定されたセンサユニットのみが出荷される。出荷されたガスセンサユニットは、図３に示すように自動車のフラップ制御装置１００に接続される。バッテリー７５からの電源電圧を受電した制御装置９は、図７のようなほぼ一定の電源電圧を、実検知の選択信号として認識し、図６の実検知用ヒートパターン１５７を選択して、フラップ制御用のガス検知に実使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガスセンサユニットの構成例を示す分解斜視図。
【図２】本発明に係るガスセンサの制御装置の、内部構成の一例を示す回路図。
【図３】図１のガスセンサユニットの実装先の一例として、車両用フラップ制御装置を模式的に示す図。
【図４】検査装置の構成例を示すブロック図。
【図５】予熱処理の様子を示す概念図。
【図６】ヒートパターンの設定例を示す図。
【図７】実検知用ヒートパターンの選択信号の例を示すタイミング図。
【図８】検査予熱用ヒートパターンの選択信号の例を示すタイミング図。
【図９】検査検知用ヒートパターンの選択信号の例を示すタイミング図。
【図１０】ヒータ制御プログラムの処理フローの概略を示す図。
【図１１】ヒータ駆動処理フローの概略を示す図。
【図１２】選択信号の検出プログラムの処理フローの一例を示す図。
【図１３】デューティ比設定テーブルの概念図。
【図１４】選択信号の変形例を示す概念図。
【符号の説明】
４ガスセンサ
５検知素子
９制御装置
５０コンピュータ（ヒートパターン選択手段、ヒータ駆動制御部５０）
５１ヒータ
５３ＣＰＵ
５４ＲＡＭ
５５ＲＯＭ（ヒートパターン記憶部）
ＲＳＳ選択信号
Ｐ１〜Ｐ５ポート
３基板
Ｖ_ＢＴヒータ電源電圧
１５７実検知用ヒートパターン
１５８検査予熱用ヒートパターン
１５９検査検知用ヒートパターン
１６５，１６６，１６８活性化促進期間
１６７活性化維持期間
１６５第一活性化促進期間
１６６第二活性化促進期間
２６５第一予熱期間
２６６第二予熱期間
３６５検査装置
Ｖ１第一活性化促進電圧
Ｖ２第二活性化促進電圧
Ｖ３活性化維持電圧[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas sensor control device, a gas sensor inspection method using the same, and a gas sensor manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
As a sensing element of a gas sensor, one using a resistance sensitive film such as an oxide semiconductor thin film as a sensing element is known. Some of them use a solid electrolyte as a sensing element, such as zirconia. Many of these sensing elements have an optimum operating point at a temperature higher than room temperature for various reasons. When the temperature of the gas to be measured is low, the sensing element is activated by heating the heater and used. ing.
[0003]
In addition, the basic principle of gas detection by the sensing element as described above largely involves the adsorption of the gas component to be measured on the surface of the sensing body. For example, in the case of a sensor using a resistance sensitive film, gas detection is performed by utilizing the change in the electrical resistivity of the resistance sensitive film due to gas molecule adsorption. In the case of using a solid electrolyte, gas molecules are adsorbed on the surface of a porous electrode provided on the surface of the solid electrolyte to dissociate ions, and an electric phenomenon (for example, ion diffusion) that occurs in the process of ions moving through the solid electrolyte. Gas concentration detection is performed by measuring the accompanying concentration cell electromotive force.
[0004]
In general, a gas sensor is subjected to various electrical processes such as amplification, filtering or linearizing of a detection signal from a detection element, and then is output to the outside as concentration detection information. Also, a heater heating control process for activating the sensing element is necessary. Therefore, in the case of a gas sensor, a control circuit for performing these electrical processes must be provided. Such a control circuit is naturally mounted on a device (for example, an automobile) serving as a sensor mounting destination in accordance with the specifications when the sensor is actually used. Of course, a heat pattern for controlling the heater is also prepared that is convenient for constantly measuring the gas concentration in a desired atmosphere.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when manufacturing the gas sensor as described above, a step of inspecting whether the detection element has a normal detection capability is indispensable. In this inspection process, when the detection element is heated by a heater, a heat pattern specific to the inspection is often required, which is different from the case where the sensor is used for actual use. Therefore, it is troublesome because a control circuit equipped with a heat pattern dedicated to inspection must be prepared separately and the detection element must be connected each time for inspection.
[0006]
Recently, many gas sensors have been supplied in the form of sensor units in which a sensing element and a control circuit are assembled on a single substrate. In this case, the control circuit assembled on the board cannot be used for inspection because the heat pattern is different, and a control circuit for inspection is separately connected to the board, or control for inspection before the detection element is assembled to the board. The measurement is performed by connecting to a circuit. In the former, it is not always easy to connect the control circuit for inspection. In some cases, the connection history may remain on the board, or damage due to connection failure may occur, making it impossible to divert the product after inspection. is there. In the latter case, since the detection element must be inspected before the detection element is assembled to the substrate, there is a problem that it is not possible to find a problem that occurs during or after the substrate is assembled. In addition, since it takes a lot of inspection man-hours, it may be a sampling inspection for each lot, but it goes without saying that the loss at the time of lot-out increases.
[0007]
Therefore, in view of the above circumstances, it is also conceivable to perform inspection by diverting the heat pattern during actual use as it is. However, this case causes the following problems. That is, the gas sensor is in a state where water vapor or other gas molecules are adsorbed on the surface of the sensing element when the sensing element is left in the air in an unheated state. In such a state, the molecule adsorption of the gas to be detected on the sensing element is hindered by the previously adsorbed molecules, and the measurement cannot be started immediately even if the heater is heated. However, when a certain amount of time elapses after the heater heating is started, the desorption of excess adsorbed molecules is promoted, and the state becomes measurable.
[0008]
By the way, a lot of gas sensors manufactured in a factory may be stored for a considerable number of days before inspection after manufacture. Further, if attention is paid to the detection element, further storage time is generated until it is assembled to the gas sensor. Therefore, the detection element at the time of inspection is often exposed to the outside air for a long period of time, so that the molecular adsorption that hinders measurement is progressing firmly. However, in the heat pattern at the time of actual use, it takes a very long time for desorption of the strongly adsorbed molecules, and the inspection efficiency is drastically reduced.
[0009]
Therefore, a method of providing a high temperature holding period for promoting adsorption in the heat pattern during actual use is also conceivable, but the high temperature holding period deviates from the optimum temperature setting during steady state measurement. It is necessary to wait and measure the gas concentration. In this case, if the high temperature holding period is set to be long so that it can be used even during inspections where the adsorption has progressed firmly, the time until the sensor can be measured after the sensor has been started will be longer during actual use, leading to early activation. This results in reversing the current trend of the desired gas sensor.
[0010]
It is an object of the present invention to dramatically improve the efficiency of inspection performed by heating a sensing element with a heat pattern different from that in actual use, and consequently, a gas sensor control having a function advantageous for improving inspection efficiency before shipment. The present invention provides an apparatus, a gas sensor inspection method using the same, and a gas sensor manufacturing method.
[0011]
[Means for solving the problems and actions / effects]
The present invention relates to a control device for a gas sensor having a detection element whose gas detection capability is activated by heating, and a heater that is driven to generate heat according to a predetermined heat pattern for performing the heating, To solve the above problem,
Heat for inspection that is different from the actual detection heat pattern that is used to inspect the gas sensor before product shipment and the actual detection heat pattern that is used when the gas sensor after product shipment is actually used for gas detection in the desired environment A heat pattern selecting means for selecting one of the patterns,
A heater drive control unit for driving the heater to generate heat according to the selected heat pattern;
It is characterized by having.
[0012]
In the gas sensor inspection method of the present invention, the gas sensor control device of the present invention is connected to an inspection device together with a detection element, an inspection heat pattern is selected in this state, and the heater is driven to generate heat in accordance with the inspection heat pattern. Thus, the detection element is heated and activated, the activated detection element is subjected to inspection detection using a test gas, and the quality of the detection element is inspected based on the detection result.
[0013]
Furthermore, the gas sensor manufacturing method of the present invention includes an inspection step of performing a quality inspection of the detection element of the gas sensor by the gas sensor inspection method of the present invention,
Based on the inspection result, a sorting process for sorting the gas sensor,
It is characterized by having.
[0014]
The control device for a gas sensor according to the present invention is configured such that the heater drive control unit can appropriately select and execute the actual measurement heat pattern and the inspection heat pattern by the heat pattern selection means. Therefore, it is not necessary to prepare a separate control circuit equipped with a heat pattern dedicated to inspection and connect the detection element to each time to perform inspection, so that the inspection time can be greatly shortened. Further, in the gas sensor manufacturing method including the gas sensor selection process based on the inspection result, the time required for the inspection process can be shortened. As a result, the efficiency of the entire gas sensor manufacturing process up to shipping can be improved. . In addition, since the inspection time required for each gas sensor is shortened, all inspections can be easily performed, and as a result, it is possible to eliminate waste such as a lot-out during a sampling test.
[0015]
The actual detection heat pattern is stored in, for example, a heat pattern storage unit in the control unit, and is read and used when a gas sensor is mounted on a mounting destination (for example, an automobile). On the other hand, since the inspection heat pattern is required only at the time of inspection, it may be read from the outside and used every time at the time of inspection. However, if both the actual detection heat pattern and the inspection heat pattern are stored in the heat pattern storage unit in advance, an inspection heat pattern corresponding to the type of gas sensor is prepared in advance on the inspection apparatus side. There is no need. Therefore, it is possible to perform an inspection without any problem even in an inspection apparatus in which such an inspection heat pattern is not prepared. In this case, the heat pattern selection means reads a heat pattern corresponding to the selection signal from the heat pattern storage unit based on a selection signal acquired from the outside.
[0016]
The heat pattern selection means and the heater drive control unit are realized by the CPU executing the heater control program stored in the ROM serving as the heat pattern storage unit on the computer having the CPU, RAM, and ROM. It can be. In this case, the actual detection heat pattern and the inspection heat pattern can be collectively stored in the ROM. If it is a form that is stored in the ROM together with the actual detection heat pattern, mounting can be completed simply by printing the heat pattern data by photolithography technology, etc., even though an additional heat pattern for inspection is mounted. Therefore, an increase in the price of the control device becomes almost no problem. In particular, when a microprocessor in which the CPU, the RAM, and the ROM in which the heat pattern for actual detection and the heat pattern for inspection are printed is used as a single chip is used, the number of components is reduced, so that the price of the control device itself can be reduced. In addition, since the component mounting area on the substrate is reduced, it can greatly contribute to the miniaturization of the substrate. With a small substrate, it is very difficult to externally connect an inspection-specific control unit having an inspection heat pattern. However, in the above configuration, the inspection heat pattern is microscopic from the beginning together with the actual detection heat pattern. Since it is mounted in the ROM of the processor, it is not necessary to consider such a problem in the first place. This effect is particularly remarkable when the detection element is mounted on the same substrate together with the computer.
[0017]
As the inspection heat pattern, an inspection detection heat pattern for performing inspection detection using an inspection gas can be prepared. In this case, each of the actual detection heat pattern and the inspection detection heat pattern is an activation maintaining period in which the heater is driven to generate heat by a constant activation maintaining voltage capable of maintaining the temperature of the detection element in an activated state. In order to promote the activation of the sensing element, it is possible to have an activation promotion period in which the heater is driven to generate heat at an activation promotion voltage higher than the activation maintenance voltage prior to the activation maintenance period. Activation is promoted by promoting desorption of adsorbed gas molecules from the surface of the sensing element by preheating the sensing element at a temperature higher than the activation maintaining period.
[0018]
As described above, the detection element at the time of inspection often adsorbs gas more strongly than at the time of actual use, and it takes a long time to desorb the adsorbed gas molecules. Therefore, it is desirable that the sensing element before inspection is preheated by separate setup prior to the inspection processing to sufficiently desorb the adsorbed gas molecules. If the detection element is inspected promptly after such processing, activation promotion by preheating can be accomplished in a short time rather than during actual use, or even if omitted, there is no problem. In this case, the activation promotion period of the inspection detection heat pattern can be set shorter than the activation promotion period of the actual detection heat pattern. If such a test detection heat pattern with a short activation promotion period is used, the inspection process (inspection detection) can be completed in a shorter time by the shorter activation promotion period than when the actual detection heat pattern is used. Can be made.
[0019]
Preheating for promoting activation of the sensing element can be performed using, for example, a dedicated preheating furnace. However, if the preheating temperature is higher than the solder reflow temperature of the substrate, it is necessary to perform preheating before mounting the substrate. In this case, since the mounting process on the substrate is sandwiched after preheating, there is a concern that the gas adsorption to the sensing element may proceed again during that time. Therefore, if the heater for activating the sensing element mounted on the substrate is used, the sensing element can be selectively heated, so that preheating can be performed without problems even after the substrate is mounted. In this case, in order to pre-heat the detection element prior to inspection detection, an inspection pre-heating heat pattern for heating the heater with an activation promoting voltage higher than the activation maintaining voltage is prepared as an inspection heat pattern. I can leave. In this case, it is necessary to prepare a preheating program in the inspection-side apparatus (which may be a measurement apparatus for inspection or a preheating control apparatus prepared separately from the measurement apparatus). It is convenient because it disappears.
[0020]
Specifically, the inspection method in this case uses the gas sensor control device of the present invention, connects the gas sensor control device to an inspection preheating device prior to inspection detection, and in that state, the heat pattern for inspection preheating Is selected, and the heater control driving unit heat-drives the heater according to the inspection preheating heat pattern to preheat the detection element. If an inspection preheating device is prepared separately from the inspection processing device, and the pre-heat treatment of the sensing element is performed in a separate setup prior to the inspection processing by the above method, the inspection processing and pre-heat treatment are performed for a plurality of gas sensors. Can be performed in parallel, and the tact time of the inspection process can be greatly reduced.
[0021]
In addition, although the code | symbol provided to each requirement in the claim of this specification uses the code | symbol attached | subjected to the corresponding part of attached drawing, it is used in order to make an understanding of an invention easy to the last. The concept of each constituent element in the scope of claims is not limited in any way.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Fig.1 (a) shows an example of a gas sensor unit (gas sensor control apparatus). The gas sensor unit 1 is used by being attached to a vehicle such as an automobile, and is used for detecting a change in exhaust gas concentration in the outside air intake duct with a gas sensor and automatically switching to the inside air circulation duct.
[0023]
The gas sensor 4 includes a detection element 5 (FIG. 2) made of a metal oxide semiconductor that changes an electric resistance value by adsorption of exhaust gas molecules inside a case 4c in which a gas inlet 4d to be detected is formed, and its detection. A heater 51 for activating the detection ability of the element 5 is incorporated. The gas sensor 4 is integrally assembled with the substrate 3 together with a control device 9 including a one-chip microcomputer IC 10 and a peripheral circuit component 7 including a capacitor and a resistor. The substrate 3 is sealed in plastic cases 19 and 17, and the case 19 is formed with a connector 15 and a sensor housing portion 16 that houses the gas sensor 4 and is provided with a plurality of gas introduction holes 18. . In the connector 15, a terminal group 48 including a heater power supply terminal 48a, a sensor output terminal 48b, and a ground terminal 48c for connecting the gas sensor unit 1 to an automobile or an inspection apparatus described later is provided. The terminal portion 48 is inserted into a terminal hole 3h provided in the substrate 3, and is soldered and connected to the wiring pattern of the control device 9 on the substrate 3 through a metal pad formed around the terminal hole 3h. Yes.
[0024]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an electrical configuration of the control device 9. A main part of the control device 9 is a computer 50 having a CPU 53, a RAM 54, a ROM 55, and a data input / output interface (hereinafter abbreviated as “I / O”) 56, and constitutes the microcomputer 10. The main power source is a battery 75 mounted on the automobile, and this battery voltage V _BT Based on (Rating: + 12V), the power supply circuit 80 uses the power supply voltage V used for driving the microcomputer 10 and the signal source. _CC Generate and supply (+ 5V). The power supply circuit 80 is configured as a well-known stabilized power supply circuit using a three-terminal regulator 77. Reference numeral 76 denotes a battery voltage V _BT The smoothing capacitors 78 and 79 are capacitors for preventing oscillation of the three-terminal regulator 77.
[0025]
The detection element 5 of the gas sensor 4 includes a first type detection element 5a that detects a reducing gas such as CO and HC, and a second type detection element 5b that detects an oxidizing gas such as NOx. The former is an oxide thin film (for example, SnO) that reduces electrical resistivity by reducing gas molecule adsorption. ₂ ), The latter is an oxide thin film (for example WO ₃ ). As shown in FIG. 1B, the first type detection element 5 a and the second type detection element 5 b are integrally formed on the ceramic base 5 c together with the heater 51. In the present embodiment, output terminals 5t1 and 5t2 of the first-type detection element 5a and the second-type detection element 5b and a ground terminal 5tg shared between the elements 5a and 5b are provided. The input terminal for the heater is 5t3, and the ground side terminal is shared with the ground terminal 5tg of both elements 5a and 5b.
[0026]
As shown in FIG. 2, each of the sensing elements 5a and 5b has a voltage dividing resistor 67 or a voltage dividing resistor 68 connected in series, and the power supply voltage V _CC Split. The sensing elements 5a and 5b are connected in series so that one ends of the voltage dividing resistors 67 and 68 are grounded. The divided voltages generated at the connection points with the voltage dividing resistors 67 and 68 are input to the ports P1 and P2 of the I / O 56 as analog sensor outputs VXg and VXd, respectively. The sensor outputs VXg and VXd are converted into gas concentration data by the CPU 53 executing the detection program 155 stored in the ROM 55 using the RAM 54 as a work area, and the terminal 48b of the connector 15 is connected from the port P5 of the I / O 56. And output as an analog gas concentration signal FCS. The gas concentration signals FCS from the two detection elements 5a and 5b can be output using one terminal 48b, for example, by time division output processing by the detection program 155.
[0027]
As shown in FIG. 3, the gas concentration signal FCS is input to the flap control device 100 connected via the connector 15. The flap control apparatus 100 moves the flap 105 by operating the actuator 103 based on the gas concentration signal FCS. Depending on the position of the flap 105, either the inside air circulation duct 109 for circulating the inside air in the vehicle or the outside air intake duct 107 for introducing outside air can be switched to the main duct 101. Connected. A fan 111 that pumps air is installed in the main duct 101.
[0028]
Returning to FIG. 2, the battery voltage V _BT Is received from the terminal 48 a of the connector 15. The battery voltage V _BT Is adjusted by the resistors 69 and 70 and then input to the port P3 of the I / O 56 as the battery voltage monitoring signal RRT. On the other hand, battery voltage V _BT Is supplied to the heater 51 via the heater control transistor 74. In this embodiment, the heater control transistor 74 is composed of a p-channel MOS-FET and its gate input (battery voltage V adjusted by resistors 71 and 72 is adjusted). _BT However, the switching driving is performed by the gate driving transistor 73 made of a bipolar transistor.
[0029]
A PWM signal having a duty ratio DRV corresponding to the set voltage value output from the port P4 of the I / O 56 is input to the base of the gate drive transistor 73 via the resistor 73b. As a result, the heater control transistor 74 is switched at the duty ratio DRV via the gate drive transistor 73, and the output of the heater 51 (power supplied to the heater 51) is adjusted to a value corresponding to the duty ratio DRV. The The resistor 73a plays a role of extracting the residual charge of the gate drive transistor 73 and improving the switching speed of the gate drive transistor 73 from ON to OFF. The ports P1, P2, and P3 have an A / D conversion function built into the computer 50 and can directly input analog signals. Ports P4 and P5 are ports for outputting a PWM signal.
[0030]
In the ROM 55 of the computer 50, the gas sensor 4 after shipment (in the state of the sensor unit 1 in FIG. 1) is mounted on the outside air intake duct 107 (FIG. 3) of the automobile, and the exhaust gas in the duct 107 is mounted. The actual detection heat pattern 157 used for actual detection and the inspection heat patterns 158 and 159 different from the actual detection heat pattern 157 used for inspecting the gas sensor 4 before product shipment are stored. ing. These heat patterns 157 to 159 are selected and read out corresponding to the selection signal RSS acquired from the outside. The CPU 53 uses the selected heat pattern to drive the heater 51 to generate heat by the above-described PWM control according to the heater control program 156 stored in the ROM 55. The selection signal RSS is detected based on a voltage monitoring signal RRT input to the port P3 of the I / O 56, which will be described later.
[0031]
The connector 15 of the sensor unit 1 in FIG. 1 is connected to the automobile-side connector 215 shown in FIG. 2 in actual use. The heater power terminal 48a is connected to the battery voltage V _BT The sensor output terminal 48b is connected to the signal supply terminal 215b to the flap control device 100 (FIG. 3), and the ground terminal 48c is connected to the vehicle-side ground terminal 215c. At the time of inspection, it is connected to the connector 215 on the inspection apparatus 365 side shown in FIG. The heater power supply terminal 48a is connected to the power supply terminal 215a from the power supply circuit 266 of the inspection device 365, the sensor output terminal 48b is connected to the sensor output input terminal 215b to the inspection computer, and the ground terminal 48c is connected to the ground terminal 215c. . As will be described later, the heater power supply terminal 48a also serves as an input terminal for the selection signal RSS.
[0032]
FIG. 10 shows the flow of processing of the heater control program 156 (FIG. 2). In S1 (S is an abbreviation for step), various memory areas in the RAM 54 used for processing are initialized. Next, the voltage monitoring signal RRT is acquired through the port P3 in S2. In S3, the heat pattern selection signal (RSS) is detected based on the voltage monitoring signal PRT input to the port P3 of the I / O 56, and the heat pattern is selected according to the content of the selection signal. The selection signal detection processing in S3 is shown in FIG. 12, and details will be described later. In S4, a heater driving process corresponding to the selected heat pattern is executed. Details of the heater driving process in S4 will also be described later. Thereafter, after the elapse of 0.4 seconds, which is a sampling time for obtaining the voltage monitoring signal RRT, the process returns to S2. In the present embodiment, heat patterns 157, 158, and 159 illustrated in FIG. 6 are prepared as selectable heat patterns stored in the ROM 55.
[0033]
In this embodiment, as an inspection heat pattern, for example, an inspection detection heat pattern 159 that performs inspection detection using an inspection gas as shown in FIG. 6 is prepared. The actual detection heat pattern 157 and the inspection detection heat pattern 159 both have an activation maintaining period 167 in which the heater is driven to generate heat by a constant activation maintaining voltage V3 that can maintain the temperature of the detecting element 5 in the activated state. Have For the actual sensing heat pattern 157, in order to promote the activation of the sensing element 5, the heater 51 is set to activation promotion voltages V1 and V2 higher than the activation maintenance voltage V3 prior to the activation maintenance period 167. Thus, activation promotion periods 165, 166, and 168 for driving the heat generation are set. Also for the inspection detection heat pattern 159, an activation promotion period 165 for driving the heater 51 at an activation promotion voltage V1 higher than the activation maintenance voltage V3 is set prior to the activation maintenance period 167. The activation promotion period 165 is set shorter than the activation promotion periods 165, 166, and 168 of the actual detection heat pattern 157. By using the inspection detection heat pattern 159 having a short activation promotion period, the inspection process (inspection detection) is shortened by the short activation promotion period as compared with the case of using the actual detection heat pattern 157. Can be done in time.
[0034]
In the activation promotion periods 165, 166, and 168 of the actual detection heat pattern 157, the first activation promotion period 165 that is held constant at the first activation promotion voltage V1 higher than the activation maintaining voltage V3, and the first There is set a second activation promotion period 166 that is held constant at a second activation promotion voltage V2 set between the one activation promotion voltage V1 and the activation sustain voltage V3. In the latter half of the activation promotion period, the activation promotion voltage is decreased stepwise or continuously so as to approach the activation maintaining voltage V3, thereby accelerating the activation of the detection element 5 and thus the detection element 5 Can be brought into a state in which steady measurement can be performed earlier. In this embodiment, in order to bring the heater temperature closer to the target temperature, the voltage is decreased stepwise from the first activation promoting voltage V1 to the second activation promoting voltage V2, and then the activation maintaining voltage V3 is reached in the period 168. The voltage is gradually decreased toward the target. In addition, the heat shock accompanying the sudden change of a voltage is relieved to the heater 51 by changing so that a voltage may be gradually approached toward the activation maintenance voltage V3 from the 2nd activation promotion voltage V2.
[0035]
On the other hand, in the activation promotion period 165 of the inspection detection heat pattern 159, only the first activation promotion period 165 by the first activation promotion voltage V1 is the entire activation promotion period 165 of the actual detection heat pattern 157. It is set to be shorter than 166,168. This is because, even after the preheating at the time of inspection, which will be described later, the detection element 5 is somewhat adsorbed even if the inspection process is shifted as quickly as possible, a short time consisting of only the first activation promotion period 165 is obtained. By performing the activation treatment, the effect of this adsorption can be reduced. Further, since the first activation promotion period 165 can be shared with the actual detection heat pattern 157, the size of the heat pattern data stored in the ROM 55 can be reduced.
[0036]
On the other hand, as the heat pattern for inspection, the heater 51 is driven to generate heat at activation promotion voltages V1 and V2 higher than the activation maintaining voltage V3 in order to pre-heat-treat (aging process) the detection element 5 prior to inspection detection. A heat pattern 158 for inspection preheating is separately prepared. This inspection preheating heat pattern 158 is used to preheat the detection element 5 by separate setup prior to inspection detection and to sufficiently desorb the adsorbed gas molecules. In this preheat treatment, the gas sensor 4 (gas sensor unit 1) is disposed in the atmosphere forming chamber 90 as shown in FIG. 5, and the heater 51 is driven to generate heat in accordance with the inspection preheating heat pattern 158, and the chamber 90 is heated. This is done by introducing an aging gas TGS. By performing such pre-heat treatment in parallel with the inspection detection in parallel with the inspection detection, it is possible to directly reduce the inspection processing time by using the inspection detection heat pattern 159 to the inspection processing tact time. It becomes possible.
[0037]
The inspection preheating heat pattern 158 includes a first preheating period 265 held at the first activation promotion voltage V1 and a second activation promotion period of the actual detection heat pattern 157 at the second activation promotion voltage V2. A second preheating period 266 that is maintained for a longer time than 166 is provided. Even when gas is firmly adsorbed to the detection element 5 at the time of inspection, by providing the second preheating period 266 as described above, desorption of gas molecules can be performed quickly, and at the time of inspection measurement (inspection sensing) The sensitivity of the sensing element 5 with respect to the inspection gas can be increased. The reason why the higher voltage first preheating period 265 is provided is to allow the temperature of the heater 51 to reach the target steady temperature in the second preheating period 266 early.
[0038]
The first activation promotion periods 165 of the actual detection heat pattern 157 and the inspection detection heat pattern 159 and the first preheating period 265 of the inspection preheating heat pattern 158 are set to the same time. Thereby, the heat pattern data of the first activation promotion period 165 and the first preheating period 265 can be shared, and the data size reduction effect in the ROM 55 can be further enhanced.
[0039]
Next, as the selection signal RSS, a plurality of signal data patterns 161, 162, and 163 as illustrated in FIGS. 7 to 9 corresponding to the heat patterns 157, 158, and 159 are defined. The pattern of the selection signal RSS is adjusted and input to the voltage monitoring signal RRT to one predetermined port P3 in the data input / output interface 56 of the computer 50. That is, in order to adjust the input voltage level to the computer 50 to 5 V or less, the selection signal RSS is divided into a predetermined ratio (specifically, 1/4) by the resistors 69 and 70 as shown in FIG. The voltage monitoring signal PRT is input to the port P3. Then, the CPU 53 functioning as a heat pattern selection unit reads and identifies the signal data pattern of the selection signal RSS input to the port P3, and reads the corresponding heat pattern from the ROM 55. According to this method, the CPU 53 can quickly identify the signal data pattern of the selection signal RSS by monitoring the port P3 with a simple process.
[0040]
Although the number of ports to be monitored increases, a selection signal may be input to a plurality of ports, and a heat pattern to be selected may be specified depending on which port the selection signal is input to. Alternatively, an edge trigger signal may be input to the interrupt signal input terminals (INT1, INT2), and the heat pattern may be selected by interrupt processing. In this case, it is necessary to provide the connector 15 with a terminal for handling an interrupt signal.
[0041]
In this embodiment, the heater power supply voltage V _BT Is a battery voltage, and fluctuates in a relatively wide range of 9V to 16V due to load fluctuations, AC superposition from the alternator, and battery deterioration. When this is used as the power source of the heater 51, there is also a method of using it after stabilizing using a power source such as a DC-DC converter. However, since the heater 51 consumes a relatively large amount of power, there is a problem that a considerable cost is required to add the power supply circuit. In particular, when a small sensor unit as shown in FIG. 2 is required, it is often impossible to mount a large-scale power supply in terms of space.
[0042]
Therefore, in the above-described embodiment, the computer 50 functioning as the heater controller is configured such that the heater power supply voltage V that is expected to fluctuate in voltage. _BT Is measured as the voltage monitoring signal RRT, and the duty ratio DRV is determined according to the measured voltage value so that the target heater output value defined by the heat pattern 157 is obtained. The heater power supply voltage V is determined by the duty ratio DRV. _BT Is switched using the transistors 73 and 74 to control the output of the heater 51. In this way, the power supply voltage V _BT Is measured in real time, the power supply voltage V _BT Since the duty ratio DRV that satisfies the required heater output W is calculated and set each time, the heater output can be accurately controlled without using an expensive power supply IC.
[0043]
FIG. 11 shows the flow of the heater driving process in S4 of the main routine shown in FIG. In performing the process in FIG. 11, the power instruction value W (W1, W2, W3) is set in the initialization process in S1 of FIG. Here, regarding the initial value of the power instruction value W, in this embodiment, an initial value for calculating a duty ratio DRV (hereinafter referred to as a first duty ratio DRV1) when a voltage corresponding to 7V is applied to the heater 51. W1 = 49 (= 7V square), initial value W2 = 40 (=) for calculating a duty ratio DRV (hereinafter referred to as a second duty ratio DRV2) when a voltage corresponding to 6.3V is applied to the heater 51 6.3V square) Initial value W3 = 25 (= 5V square) for calculating duty ratio DRV (hereinafter referred to as third duty ratio DRV3) when a voltage equivalent to 5V is applied to heater 51 Is set. This is because power has a square relationship with respect to voltage.
[0044]
First, in S51, it is determined whether or not the timer variable has passed 10 seconds after the processing of the main routine in FIG. If it has not elapsed, the process proceeds to S52, and if it has elapsed, the process proceeds to S54.
[0045]
In S52, the first duty ratio DRV1 is set to DRV1 = W1 / (VS / 4) using the acquired voltage value VS of the voltage monitoring signal RRT (a value obtained by dividing the voltage value of the selection signal RSS by 1/4). ² (= W1 / RSS voltage value squared). Thereafter, in S53, PWM is output from the port P4 according to the obtained first duty ratio DRV1, and the heater 51 is pulse-driven at the first duty ratio DRV1. In this way, the heater 51 is supplied with the same power as when a voltage corresponding to 7 V is applied.
[0046]
On the other hand, when an affirmative determination is made in S51 and the process proceeds to S54, it is determined whether or not an inspection preheating heat pattern is selected. If the inspection preheating heat pattern is selected, the process proceeds to S57, and if not selected, the process proceeds to S55. In S57, the second duty ratio DRV2 is set to DRV2 = W2 / (VS / 4) using the acquired voltage value VS of the voltage monitoring signal RRT (a value obtained by dividing the voltage value of the selection signal RSS by 1/4). ² (= W2 / RSS the square of the voltage value). Thereafter, in S58, PWM is output from the port P4 according to the obtained second duty ratio DRV2, and the heater 51 is pulse-driven at the second duty ratio DRV2. In this way, the same electric power as when a voltage equivalent to 6.3 V is applied is applied to the heater 51.
[0047]
On the other hand, if a negative determination is made in S54, it is determined in S55 whether or not the inspection sensing heat pattern is selected. If the inspection sensing heat pattern is selected, the process proceeds to S61, and if not selected, the process proceeds to S56. In S61, using the acquired voltage value VS of the voltage monitoring signal RRT (a value obtained by dividing the voltage value of the selection signal RSS by 1/4), the third duty ratio DRV3 is set to DRV3 = W3 / (VS / 4). ² (= W3 / RSS voltage value squared) Thereafter, in S62, PWM is output from the port P4 according to the obtained third duty ratio DRV3, and the heater 51 is pulse-driven at the third duty ratio DRV3. In this way, the same electric power as when a voltage corresponding to 5 V is applied is applied to the heater 51.
[0048]
If a negative determination is made in S55, it is determined in S56 whether or not the timer variable has passed 40 seconds since the start of the processing of the main routine of FIG. If it has not elapsed, the process proceeds to SS57, and if it has elapsed, the process proceeds to S59. When the process proceeds to S56, neither the inspection preheating heat pattern nor the inspection sensing heat pattern is selected, and the actual sensing heat pattern is selected.
[0049]
The processing after S57 when the negative determination is made at S56 is as described above. On the other hand, if an affirmative determination is made in S56 and the process proceeds to S59, the initial value W2 is compared with the initial value W3 in S59, and if W2> W3, the process proceeds to S60. In S60, the initial value W2 is gradually reduced according to the equation W2 = W2-Δ. In this embodiment, Δ = 0.2. Therefore, when S60 is passed 75 times, that is, when 30 seconds (= 75 × 0.4) have elapsed, W2 ≦ W3 is affirmed in S59, and the process proceeds to S61. The processing after S61 is as described above.
[0050]
In addition, the process after S57 when the gradual reduction process of S60 is performed and the process proceeds to S57 is as described above. However, since the initial value W2 is gradually decreased in S60, the second duty ratio DRV2 calculated in S57 is gradually smaller than the second duty ratio DRV2 calculated in S57 when a negative determination is made in S56.
[0051]
In this way, in the heater driving process shown in FIG. 11, three types of heat patterns for actual sensing, heat patterns for inspection preheating, and heat patterns for inspection sensing are selected according to the heat pattern selected in S3 of FIG. Execute. In addition, the process of S51-S53 shown in FIG. 11 is performed in common, when any of the actual sensing heat pattern, the inspection preheating heat pattern, and the inspection sensing heat pattern is selected. In the present embodiment, as described above, the first activation promotion periods 165 and 265 for applying the same power as when a voltage corresponding to 7 V is applied are shared by the heat patterns. Because.
[0052]
The heater driving process shown as S4 in the main routine of FIG. 10 is not limited to the method of calculating the duty ratio DRV using an arithmetic expression as shown in FIG. 11, and the duty ratio is calculated by the mapping process. You may carry out like this. Specifically, as shown in FIG. 13, the duty ratio DR that gives the target power values W1, W2,... Wn at the voltage values V1, V2,. _ij A two-dimensional duty ratio conversion table (see FIG. 2) of (i = 1, 2,... N, j = 1, 2,... N) is prepared and sampled voltage monitoring signal. Duty ratio DR corresponding to voltage value of RRT and target power value W _ij Value is read along each heat pattern, and its duty ratio DR _ij It can also be used. The duty DR directly corresponding to the set of the voltage monitoring signal RRT and the target power value _ij Is not found on the table 160, it can be calculated by interpolation.
[0053]
In the present embodiment, the heater power supply voltage V supplied from the gas sensor mounting destination in actual use, here the battery 75 of the automobile. _BT Is used as the selection signal RSS for the actual detection heat pattern 157. On the other hand, in the inspection side device (in this embodiment, an inspection device that also serves as a preheating device) 365 to which the gas sensor 4 is connected at the time of inspection, it means as a selection signal RSS using a power supply voltage separate from the battery 75. The voltage signals 162 and 163 (FIGS. 8 and 9) accompanied with the attached voltage change pattern with time are generated, and the voltage signals are used as the inspection heat pattern selection signal RSS.
[0054]
The advantages of this configuration are as follows. Conventionally, when this type of gas sensor is connected to a mounting destination of an automobile or the like, a connector 15 having three terminals 48a to 48c as shown in FIG. 1 is used. As described above, the three terminals are the heater power supply terminal 48a, the sensor output terminal 48b, and the ground terminal 48c. However, when the selection signal RSS of the heat pattern for inspection can be input to the control device 9 as in the present invention, the selection signal RSS is newly added to the connector 15 in the configuration in which an input system of the selection signal RSS is newly provided. For example, an additional input terminal is required, and the hardware configuration must be changed only for inspection purposes, which is wasteful. In addition, if the connectors are different, it is naturally impossible to ensure compatibility with conventional sensors.
[0055]
However, as shown in FIGS. 8 and 9, a single power supply voltage is used to generate voltage signals 162 and 163 with a temporal voltage change pattern, which is meant as the selection signal RSS, and this is used as the selection signal RSS. As a result, by monitoring the power supply voltage via the port P3 of the I / O 56, the control device 9 can recognize the signal data pattern of the selection signal RSS without any change in hardware. Become. Here, as shown in FIG. 7, the power supply voltage waveform maintained at a level lower than the threshold voltage Vb during a predetermined period for signal recognition (hereinafter referred to as a signal identification period: 0 <T <T4). 161 can be used as a selection signal RSS for identifying that it is in actual use. In addition, from the viewpoint of preventing the inspection heat patterns 158 and 159 from malfunctioning during actual use due to the influence of noise or the like, other than the power supply voltage waveforms defined as the inspection heat patterns 158 and 159 (FIGS. 8 and 9) If the above waveform is recognized, it may be determined that it is actually in use.
[0056]
The selection signal can be, for example, a signal including change edges of two different voltage levels. Presence / absence or number of this change edge in the signal identification period, time position of change edge, or change edge direction (that is, change from high level voltage to low level voltage or vice versa) By detecting at least one of the above, the type of the selection signal can be identified. The difference between the two voltage levels for forming the change edge is desirably set to about 1.5 to 5 V, for example. If it is less than 1.5V, erroneous detection of a change edge is likely to occur, and if it exceeds 5V, the voltage level difference cannot be kept within the operating voltage range of the microcomputer.
[0057]
A method of changing the power supply voltage to a selection signal including change edges of two different voltage levels is not particularly limited, but an example is shown in FIG. The signal generation circuit 365 in FIG. 4 branches the output voltage VSS (16V: first voltage) of the power supply circuit 266, and is output by the stabilized power supply circuits 270 and 271 (for example, can be configured by a DC-DC converter). Constant voltages of 5V (second voltage: lower than the first voltage) and 5V (third voltage: lower than the second voltage) are generated. The voltages of 16V and 12.5V are switched and output by switch elements (configured by relays or transistors) 268 and 269, respectively. The voltage of 5V is used for the switching control.
[0058]
Specifically, the 5 V voltage is pulsed by an oscillator 272 that transmits at a frequency corresponding to the final signal waveform, and is input to the binary counter 276. The binary counter 276 receives the pulse and counts up, and the output of each bit is input to a multiplexer 273 configured by combining AND gates. The multiplexer 273 receives a separately set number setting signal, and when the count number reaches the voltage switching number necessary for the final signal waveform, the multiplexer 273 outputs the number coincidence signal CS. This number coincidence signal CS is then input to one terminal of the final stage switch drive gate 275 via the D-type flip-flop 274 so that the active level is maintained even if the binary counter 276 further counts up, The output from the oscillator 272 is input to the other terminal. The switch drive gate 275 is an OR circuit, and its output becomes active when at least one input becomes active. The output is input to one of the switches 268 and 269 as it is and to the other as it is inverted by an inverter 276. As a result, 16V and 12.5V are alternately switched until the count reaches the set number, and thereafter, a waveform holding 12.5V is generated. In this way, a signal waveform in which the voltage changes stepwise between two levels as shown in FIG. 8 or FIG. 9 can be formed.
[0059]
Note that the change edge is detected by monitoring the power supply voltage via the port P3 of the I / O 56 so that the voltage (VH) is higher than the predetermined threshold value Vb, and the voltage (VL) is also low. It can be detected by examining whether changes have occurred between them. On the other hand, the previously measured voltage level is stored and compared with the current voltage level, and a method is adopted in which edge detection is performed when a voltage change of a predetermined width (for example, 3 V) appears. Is possible.
[0060]
FIG. 12 shows the flow of the selection signal detection process in S3 of the main routine shown in FIG. 10, that is, the process of detecting the selection signal RSS reflected in the power supply voltage. In this example, voltage edge detection is performed using the magnitude relationship with the threshold voltage Vb. First, in S101, the voltage value Vs of the voltage monitoring signal RRT detected in S2 shown in FIG. 10 is read. In S102, it is determined whether or not the value is smaller than the threshold value Vb. If Vs> Vb, the process proceeds to S103, where the edge detection flag F _L Lead. This flag is set to the first value (hereinafter referred to as “1”) when Vs> Vb in the previous measurement, and to the second value (hereinafter referred to as “0”) when Vs <Vb. In the initialization process, “0” is set in the present embodiment. If the value is “0” (ie, Vs ≦ Vb in the previous measurement), then V _S Since> Vb, a voltage edge of VL → VH has occurred.
[0061]
In the present embodiment, in order to prevent erroneous detection due to noise or the like, in S104 to S106, processing for confirming whether or not an edge should appear is performed. As shown in FIGS. 7 to 8, in this example, the selection signal for the inspection preheating heat pattern is the voltage edge of VH → VL at T = T1, T3, and the voltage edge of VL → VH at T = T2. The inspection detection heat pattern selection signal is a voltage edge of VH → VL (hereinafter referred to as first type edge) at T = T1, T3, and a voltage edge of VL → VH at T = T2, T4. (Hereinafter referred to as the second type edge). Therefore, in S104 to S106 for performing the second type edge determination, the timer value T at the edge detection time is read (S104), and it is determined whether or not it falls within the range from T2 and T4 to time α. (S105, S106). If it is within the range, the second-type edge detection number counter Ei is incremented in S107, and the edge detection flag F in S108. _L Is “0”.
[0062]
On the other hand, if Vs ≦ Vb in S102, the process proceeds to S109, and the edge detection flag F _L Lead. If the value is “1” (ie, Vs> Vb in the previous measurement), then V _S Since> Vb, a voltage edge of VH → VL, that is, a first type edge is generated. S110 to S112 are processes for confirming whether or not an edge should appear. In S110, the timer value T at the time when the edge is detected is read and is within the range from T1 and T3 to time α. (S111, S112). If it is within the range, the first-type edge detection number counter Ej is incremented in S113, and the edge detection flag F is incremented in S115. _L Is “1”.
[0063]
In S115, the timer value T is read again, and it is confirmed whether or not the signal identification period end time T5 (for example, 75 seconds) has been reached. If not, the present selection signal detection process is exited and the process returns to the main routine (FIG. 10). On the other hand, if it has reached, the value set of (Ej, Ei) is read, and if this value is (2, 2), the inspection detection heat pattern selection signal 163 in FIG. 9 has been detected. In step S119, the inspection detection heat pattern is selected. If (Ej, Ei) is (2, 1), it means that the inspection preheating heat pattern selection signal 162 of FIG. 8 has been detected, so the process proceeds to S120 and the inspection preheating heat pattern is selected. To do. If (Ej, Ei) is any other value, the actual detection heat pattern is obtained, the present selection signal detection process is exited, and the process returns to the main routine (FIG. 10).
[0064]
The selection signal detection processing loop includes the above steps S102 to S114, but the loop repetition period varies within the constant time, although it varies depending on which branch processing is performed. In consideration of this, in this embodiment, in order to speed up the processing, the timer is not accessed every time the port is read (that is, the port access cycle varies depending on the contents of the branch processing). Instead, when an edge appears, the current time T is confirmed by a timer, and a timing determination margin α is determined in consideration of the fluctuation range of the loop repetition period. If the current time T is within the range of α, edge detection is performed. Judgment is made.
[0065]
Further, the edge detection flag F _L Is stored, and the difference ΔV from the current measurement value Vb is stored. _S = Vb−Va is calculated and the difference ΔV _S Is + ΔV _S0 Above (Va> Vb, so the first kind edge), or -ΔV _S0 It may be determined whether or not it is the following (the second type edge because Va <Vb).
[0066]
In the above embodiment, the selection signal is formed as an edge priority signal. However, a level priority signal may be used. FIG. 14 shows an example in which the selection signal is identified by the time Th held at one of the two level voltages (VL in the figure).
[0067]
The outline of the manufacturing process of the gas sensor unit 1 including the inspection process can be performed as follows, for example. That is, after assembling the gas sensor unit 1 as shown in FIG. 1, it is placed in the atmosphere forming chamber 90 shown in FIG. 5 and further connected to a preheat treatment control device. Such a preheat treatment control device only needs to have a function of transmitting a preheat treatment selection signal RSS. For example, the preheat treatment control device may be configured as a simple signal generator. The inspection device 365 is also used. Next, the aging gas TSG is introduced into the atmosphere forming chamber 90. The aging gas TSG is reducible to a higher concentration than the later-described inspection gas at the time of inspection detection when performing pre-heat treatment of the first type detection element 5a having selectivity for a reducing gas (for example, CO). Use one containing gas components. Also, oxidizing gas (NO ₂ When the pre-heat treatment is performed on the second type detection element 5b having selectivity with respect to), an element containing an oxidizing gas component at a higher concentration than the later-described inspection gas at the time of inspection detection is used. Of course, these two sensing elements 5a and 5b can be individually preheated. In this state, a preheat treatment selection signal RSS is transmitted from the preheat treatment control device (inspection device 365) side to the control device 9 of the gas sensor unit 1. In response to this, the control device 9 selects the inspection preheating heat pattern 158 (FIG. 6), and preheats by heating the heater 51 according to the heat pattern 158.
[0068]
The gas sensor unit for which the pre-heat treatment has been completed is connected to an inspection apparatus 365 as shown in FIG. The inspection device 365 transmits a selection signal for inspection detection (reference numeral 163 shown in FIG. 9) to the control device 9. Upon receiving the selection signal, the control device 9 of the gas sensor unit selects the inspection detection heat pattern 159 (FIG. 6), and drives the heater 51 to generate heat according to the heat pattern 158. Since preheating has already been completed, the activation process shortened only in the first activation promotion period 165 is performed, and after the transition to the activation maintenance period 167, after a certain time for the heater temperature to stabilize, an inspection process is performed. Is possible.
[0069]
In the inspection process, the gas sensor 4 is placed in an inspection chamber having the same structure as the atmosphere forming chamber 90 shown in FIG. 5, and for example, an inspection gas is supplied into the chamber and the gas concentration signal FCS is monitored. Can be performed. In FIG. 4, a gas concentration signal FCS is input to the inspection computer 267 from the sensor output terminal 48 of the connector 15. For example, whether the gas concentration signal FCS is outputting a high level is judged as good or bad. . That is, it is detected when a gas for inspection containing a specific gas (reducing gas, oxidizing gas) having a predetermined concentration for causing the gas concentration signal FCS to be output at a high level is supplied into the chamber at a predetermined timing. When the activation of the elements 5a and 5b proceeds at an early stage, the detection performance of the detection elements 5a and 5b is excellent (in other words, changes in the resistances Rg and Rd of the detection elements 5a and 5b with respect to a specific gas appear greatly). Thus, the supply of the inspection gas is received and a high level output is shown (good judgment is shown). Sensor units determined to be defective are excluded and selected from the lot, and only sensor units determined to be good are shipped. The shipped gas sensor unit is connected to an automobile flap control apparatus 100 as shown in FIG. The control device 9 that has received the power supply voltage from the battery 75 recognizes a substantially constant power supply voltage as shown in FIG. 7 as an actual detection selection signal, selects the actual detection heat pattern 157 in FIG. Actually used for control gas detection.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration example of a gas sensor unit.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an internal configuration of a gas sensor control device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a vehicle flap control device as an example of a mounting destination of the gas sensor unit of FIG. 1;
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of an inspection apparatus.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state of pre-heat treatment.
FIG. 6 is a diagram showing an example of setting a heat pattern.
FIG. 7 is a timing chart showing an example of a selection signal for an actual detection heat pattern.
FIG. 8 is a timing chart showing an example of a selection signal for an inspection preheating heat pattern.
FIG. 9 is a timing chart showing an example of a selection signal for inspection detection heat patterns.
FIG. 10 is a diagram showing an outline of a processing flow of a heater control program.
FIG. 11 is a diagram showing an outline of a heater driving process flow.
FIG. 12 is a diagram showing an example of a processing flow of a selection signal detection program;
FIG. 13 is a conceptual diagram of a duty ratio setting table.
FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating a modification example of a selection signal.
[Explanation of symbols]
4 Gas sensor
5 detector elements
9 Control device
50 computer (heat pattern selection means, heater drive control unit 50)
51 Heater
53 CPU
54 RAM
55 ROM (heat pattern storage unit)
RSS selection signal
P1 to P5 ports
3 Substrate
V _BT Heater power supply voltage
157 Heat pattern for actual detection
158 Heat pattern for inspection preheating
159 Heat pattern for inspection detection
165, 166, 168 Activation promotion period
167 Activation maintenance period
165 First activation promotion period
166 Second activation promotion period
265 First preheating period
266 Second preheating period
365 Inspection equipment
V1 First activation promotion voltage
V2 Second activation promotion voltage
V3 activation sustain voltage

Claims

A control device of a gas sensor (4) having a detection element (5) whose gas detection ability is activated by heating and a heater (51) driven to generate heat according to a predetermined heat pattern for performing the heating. There,
The actual detection heat pattern (157) used when the gas sensor (4) after product shipment is actually used for gas detection in a desired environment and the actual sensor used for inspecting the gas sensor (4) before product shipment. A heat pattern selection means (50) for selecting any one of the inspection heat patterns (158, 159) different from the detection heat pattern (157);
A heater drive controller (50) for driving the heater (51) to generate heat according to the selected heat pattern;
A gas sensor control device comprising:

It has a heat pattern storage unit (55) for storing the actual detection heat pattern (157) and the inspection heat pattern (158, 159), and the heat pattern selection means (50) is a selection acquired from the outside. The gas sensor control device according to claim 1, wherein a heat pattern corresponding to the selection signal (RSS) is read from the heat pattern storage unit (55) based on a signal (RSS).

The heat pattern selection means and the heater drive control unit are included in the ROM (55) serving as the heat pattern storage unit on a computer (50) having a CPU (53), a RAM (54), and a ROM (55). Is realized by the CPU (53) executing the heater control program (156) stored in
In the selection signal (RSS), a plurality of signal data patterns (161, 162, 163) corresponding to the selectable heat patterns (157, 158, 159) are predetermined, and the computer (50). In the data input / output interface (56), the CPU (56) functions as the heat pattern selection means by selecting and inputting the signal data pattern of the selection signal (RSS) to one predetermined port (P3). The gas sensor control device according to claim 2, wherein the signal data pattern input to the port (P3) is read and identified, and the corresponding heat pattern is read from the ROM (55).

The gas sensor control device according to claim 3, wherein the sensing element (5) is mounted on the same substrate (3) together with the computer (50).

While diverting the heater power supply voltage (V _BT ) supplied from the gas sensor mounting destination during actual use as the selection signal (RSS) of the actual detection heat pattern (157),
In the inspection side device (165) to which the gas sensor is connected at the time of inspection, a power supply voltage supplied from a separate single power source is used to accompany a temporal voltage change pattern as the selection signal (RSS). The gas sensor control device according to any one of claims 2 to 4, wherein a voltage signal (162, 163) is generated, and the voltage signal is used as a selection signal for the inspection heat pattern.

As the inspection heat pattern, an inspection detection heat pattern (159) for performing inspection detection using an inspection gas is prepared,
The actual detection heat pattern (157) and the inspection detection heat pattern (159) both have a constant activation maintaining voltage (V3) capable of maintaining the temperature of the detection element (5) in the activated state. ), The activation sustain period (167) for driving the heater to generate heat, and the activation acceleration voltage (V3) higher than the activation sustain voltage (V3) prior to the activation sustain period (167). V1, V2) and an activation promotion period (165, 166, 168) in which heat generation is performed.
The activation promotion period (165) of the inspection detection heat pattern (159) is set shorter than the activation promotion period (165, 166, 168) of the actual detection heat pattern (157). 6. The gas sensor control device according to any one of items 5 to 5.

In the activation promotion period (156, 166, 168) of the actual detection heat pattern (157), the first activation promotion voltage (V1) higher than the activation sustain voltage (V3) is held constant. One activation promotion period (165) and a second activation promotion voltage (V2) set between the first activation promotion voltage (V1) and the activation sustain voltage (V3) are held constant. A second activation promotion period (166) is set,
In the activation promotion period (165) of the inspection detection heat pattern (159), only the first activation promotion period (165) by the first activation promotion voltage (V1) is the actual detection heat pattern (165). The gas sensor control device according to claim 6, wherein the gas sensor control device is set to be shorter than the entire activation promotion period (156, 166, 168) of 157).

In order to preheat the detection element (5) prior to the inspection detection, the heater (51) has an activation promoting voltage (V1, V1) higher than the activation sustain voltage (V3) as the inspection heat pattern. The gas sensor control device according to claim 6 or 7, wherein a heat pattern (158) for inspection preheating that generates heat in V2) is prepared.

In the activation promotion period (156, 166, 168) of the actual detection heat pattern (157), the first activation promotion voltage (V1) higher than the activation sustain voltage (V3) is held constant. Following the one activation promotion period (165) and the first activation promotion period (165), it is set between the first activation promotion voltage (V1) and the activation sustain voltage (V3). A second activation promotion period (166) that is held constant at the second activation promotion voltage (V2) is set,
The inspection preheating heat pattern (158) includes the first preheating period (265) held at the first activation promoting voltage (V1) and the actual activation voltage at the second activation promoting voltage (V2). The gas sensor control device according to claim 8, further comprising a second preheating period (266) that is maintained for a longer time than the second activation promotion period (166) of the heat pattern for detection (157).

In the activation promotion period (156, 166, 168) of the actual detection heat pattern (157), the first activation promotion voltage (V1) higher than the activation sustain voltage (V3) is held constant. One activation promotion period (165) and a second activation promotion voltage (V2) set between the first activation promotion voltage (V1) and the activation sustain voltage (V3) are held constant. A second activation promotion period (166) is set,
In the activation promotion period (165) of the inspection detection heat pattern (159), only the first activation promotion period (165) by the first activation promotion voltage (V1) is the actual detection heat pattern (165). 157) is set to be shorter than the entire activation promotion period (156, 166, 168),
In order to preheat the detection element (5) prior to the inspection detection, the heater (51) has an activation promoting voltage (V1, V1) higher than the activation sustain voltage (V3) as the inspection heat pattern. V2) is provided with a heat pattern (158) for inspection preheating that generates heat.
In the activation promotion period (156, 166, 168) of the actual detection heat pattern (157), the first activation promotion voltage (V1) higher than the activation sustain voltage (V3) is held constant. Following the one activation promotion period (165) and the first activation promotion period (165), it is set between the first activation promotion voltage (V1) and the activation sustain voltage (V3). A second activation promotion period (166) that is held constant at the second activation promotion voltage (V2) is set,
The inspection preheating heat pattern (158) includes the first preheating period (265) held at the first activation promoting voltage (V1) and the actual activation voltage at the second activation promoting voltage (V2). A second preheating period (266) that is held for a longer time than the second activation promotion period (166) of the heat pattern for detection (157),
The first activation promotion period (165) of the actual detection heat pattern (157) and the inspection detection heat pattern (159), and the first preheating period (265) of the inspection preheating heat pattern (158). The gas sensor control device according to claim 6 , wherein and are set at the same time.

11. A gas sensor control device having the configuration according to claim 1 is connected to an inspection device (365) together with the detection element (5), and the inspection heat pattern (158, 159) is selected in that state. The heater (51) is driven to generate heat in accordance with the inspection heat pattern (158, 159), thereby heating and activating the detection element (5), and supplying the inspection gas to the activated detection element (5). An inspection method for a gas sensor, characterized in that the inspection inspection used is performed and the quality inspection of the detection element (5) is performed based on the detection result.

Using the gas sensor control device having the configuration of claim 8, prior to the inspection detection, the gas sensor control device is connected to the inspection preheating device together with the detection element (5), and in this state, the inspection preheating heat 12. The gas sensor inspection method according to claim 11, wherein a pattern (158) is selected, and the detection element (5) is preheat-treated by driving the heater (51) to generate heat in accordance with the inspection preheating heat pattern (158).

An inspection step of performing a quality inspection of the detection element (5) of the gas sensor (4) by the gas sensor inspection method according to claim 11 or 12,
A sorting step for sorting the gas sensor (4) based on the inspection result;
A method for producing a gas sensor, comprising: