JP5119118B2 - アルコール検出器 - Google Patents
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Description
しかしながら、運転手(被験者)が自身の息の代わりに大気をビニル袋等に捕集してアルコール検出器に吹き付けたり、浅い呼吸をして肺に近い深部の呼気が出ないようにして、不正な測定結果を得ることがあり、対策が必要になっている。
又、ガスセンサと音声センサとを呼気測定器に併設し、音声センサを用いて被験者の声の調子が一定になった時に、呼気が一定の吹付状態になったと判定してアルコール濃度を測定する提案されている(例えば特許文献2参照)。
又、特許文献2記載の技術の場合、被験者が一定の声の調子を出すのが難しく、測定に習熟する時間を要するという問題がある。又、戸外等の騒音の大きい環境では正確な測定が行えない可能性がある。
そこで、本発明は、呼気が正常に測定されたか否かを判定し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができるアルコール検出器を提供することを目的とする。
このようにすると、呼気中に水素ガスが含まれていることを利用し、同質の固体電解質層を用いた水素ガス検知部により呼気が正常に測定されたか否かを判定できる。このため、従来の別方式の呼気中のCO2ガス濃度を測定する場合に比べ、アルコール検出器の構成を簡略化できる。又、戸外等の騒音の大きい環境でも測定が行え、故意に呼気を吹き込まない等の測定異常を検出し、呼気に含まれるアルコール濃度を簡易かつ正確に検知することができる。また、酸素イオン導電性の固体電解質を用いる事で、従来のLiイオン導電体やNaイオン導電体の固体電解質を用いたものよりも長期安定性を向上する事ができる。
このようにすると、呼気には水素ガスが1ppm程度以上含まれているにも関わらず、呼気が正常に吹き込まれていない(不正に呼気を吹き込まない場合の他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む)状態を判定部が識別できるので、アルコール濃度を正確に検知することができる。
このようにすると、一旦吹き込んだ呼気を止める等の異常な状態(不正に呼気を止める他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む)に起因して水素ガス濃度が低下したことを判定部が識別できるので、アルコール濃度をより正確に検知することができる。
このようにすると、水素ガスとアルコールの混合ガスから、アルコールのみを選択的に検知することができる。これは、ビスマスバナジウム酸化物により、水素ガスが燃焼するためと考えられる。このため、アルコール検知部の構成が簡易になり、アルコール濃度の測定精度も向上する。
このようにすると、共通の固体電解質層上に、アルコール検知部及び水素ガス検知部が形成され、全体として1つの検知部を構成しているため、検知部がコンパクトになり、コスト低減の他、測定の安定性にも優れる。
このようにすると、アルコール検知部及び水素ガス検知部の基準電極をも共通としたので、検知部がさらにコンパクトになる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るアルコール検出器の断面図を示す。
アルコール検出器1は、箱状の筐体2と、筐体2内に収容される回路基板4と、回路基板4に実装されるアルコール検知部10及び水素ガス検知部20と、回路基板4に実装される制御部5とを備えている。なお、制御部5が特許請求の範囲における「判定部」に相当する。
アルコール検知部10及び水素ガス検知部20は、詳しくは後述する固体電解質層を用いた板状センサであり、アルコール検知部10及び水素ガス検知部20の一端からそれぞれ突出する端子15a〜15d及び端子25a〜25dを介し、回路基板4に実装されている。そして、回路基板の上面からアルコール検知部10及び水素ガス検知部20が突出し、それぞれアルコール及び水素ガスを検知するようになっている。又、アルコール検知部10及び水素ガス検知部20の周囲が円筒状の金属網7でそれぞれ覆われ、各検知部10,20を保護している。
又、回路基板4には電源スイッチ8及び表示部(ディスプレイ)9が実装され、電源スイッチ8が筐体2上面に露出し、アルコール検出器1の電源のオンオフを行えるようになっている。さらに、筐体2上面には表示部9を露出させるための表示窓2dが開口している。
又、制御部5はアルコール検知部10が有するヒータを制御するヒータ制御回路6aを制御し、アルコール検知部10を動作温度に加熱する。同様に、制御部5は水素ガス検知部20が有するヒータを制御するヒータ制御回路6bを制御し、水素ガス検知部20を動作温度に加熱する。
アルコール検知電極11から第1固体電解質層13の長手方向に沿ってリード部11aが延び、リード部11aの末端が第1固体電解質層13の他端側に位置している。リード部11aの末端には電極パッド11bが接続され、電極パッド11bから第1固体電解質層13の外部に端子15aが突出している。
同様に、第1基準電極12から第1固体電解質層13の長手方向に沿ってリード部12aが延び、リード部12aの末端が第1固体電解質層13の他端側に位置している。リード部12aの末端には電極パッド12bが接続され、電極パッド12bから第1固体電解質層13の外部に端子15bが突出している。
なお、上記した各端子15a〜15dは、それぞれ対応する電極パッドにロウ付けされている。そして、アルコール検知部10を図1の回路基板4に実装する際には、突出した各端子15a〜15dを回路基板4の対応する孔に挿入し、はんだ付け固定される。
ビスマスバナジウム酸化物を含む選択反応層11yを設けると、水素ガスとアルコールの混合ガスから、アルコールのみを選択的に検知することができる。これは、ビスマスバナジウム酸化物により水素ガスが燃焼するためと考えられる。
第1固体電解質層13は、例えば部分安定化ジルコニアを主成分とし、ヒータの加熱によって活性化されて酸素イオン伝導性を示す。第1固体電解質層13としては、例えばYSZ(イットリア安定化ジルコニア)、ScSZ(スカンジア安定化ジルコニア)、GDC(ガドニアドープドセリア)、SDC(サマリアドープドセリア)、ランタンガーレートを主成分とすることができる。
絶縁層14は、例えばアルミナ等のセラミックからなる。
なお、図1において、水素ガス検知部20の各端子25a〜25dは、それぞれアルコール検知部10の各端子15a〜15dに相当する。
まず、制御部5は、被験者が電源スイッチ8をONしたことを検知し(ステップS2)、ヒータ制御回路6a、6bを動作させ、アルコール検知部10及び水素ガス検知部20をヒータ加熱する(ステップS4)。又、制御部5は、表示部9に「WARM UP(待機中)」を表示する(ステップS6)。そして、制御部5は、アルコール検知部10及び水素ガス検知部20が所定の動作温度になったと判断すると、アルコール検知部10及び水素ガス検知部20の出力に基づき、アルコール濃度及び水素ガス濃度を測定する(ステップS8)。
次に、制御部5は、ステップS8で測定したアルコール濃度及び水素ガス濃度がそれぞれ閾値以下か否かを判定し(ステップS10)、閾値を超えている(「No」)場合はステップS8に戻る。これは、前回測定時の被験者の呼気が測定室2aに残存して次の測定に影響を与えるのを防止するためである。又、アルコール濃度についての閾値Th1と、水素ガス濃度についての閾値Th2はそれぞれ異なる。
そして、制御部5は、ステップS14で測定した水素ガス濃度が閾値以上か否かを判定する(ステップS16)。ステップS16で閾値未満の(「No」)の場合、ステップS14に戻る。これは、通常、呼気には水素ガスが1ppm程度以上含まれているにも関わらず、被験者が吹き込んだ呼気中の水素ガスが閾値未満であるのは、呼気が正常に吹き込まれていない(不正に呼気を吹き込まない場合の他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む)と考えられるからである。なお、ステップS16での閾値は、ステップS10での閾値Th2と同一でもよく、異なっていてもよい。
次に、制御部5は、ステップS22で測定した水素ガス濃度が閾値以上か否かを判定する(ステップS24)。ステップS24はステップS16と同様な処理であるが、被験者がステップS16で呼気を吹き込んだ後、呼気を止めることを防止するため、ステップS22を設けている。
ステップS24で閾値未満(「No」)の場合、制御部5は、表示部9に「NG」を表示し(ステップS28)、処理を終了する。
さらに、制御部5がステップS26で、水素ガス濃度がこの閾値以上で所定時間維持されたか否かを判定するようにした場合、呼気を止める等の異常な状態(不正に呼気を止める他、呼吸が浅い等による測定の失敗も含む)に起因して水素ガス濃度が低下したことを識別し、アルコール濃度をより正確に検知することができる。
又、アルコール検知電極11が、下地電極11xと、下地電極11xを覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層11yとから構成されていると、水素ガスとアルコールの混合ガスから、アルコールのみを選択的に検知することができる。これは、ビスマスバナジウム酸化物により、水素ガスが燃焼するためと考えられる。このため、アルコール検知部10の構成が簡易になる。
又、図6において、図3に示したものと同一の構成部分については、同一符号を付して説明を省略する。
アルコール検知電極11から第1固体電解質層13の長手方向に沿ってリード部11aが延び、リード部11aの末端が第1固体電解質層13の他端側に位置している。リード部11aの末端には電極パッド11bが接続され、電極パッド11bから第1固体電解質層13の外部に端子15aが突出している。
同様に、共通基準電極42から第1固体電解質層13の長手方向に沿ってリード部42aが延び、リード部42aの末端が第1固体電解質層13の他端側に位置している。リード部42aの末端には電極パッド42bが接続され、電極パッド42bから第1固体電解質層13の外部に端子45eが突出している。
なお、共通基準電極42及びリード部42aは、第1固体電解質層13の長手方向の中心線上に配置されている。
なお、共通基準電極42は、特許請求の範囲における「第1基準電極」及び「第2基準電極」に相当する。
水素ガス検知電極22から第1固体電解質層13の長手方向に沿ってリード部22aが延び、リード部22aの末端が第1固体電解質層13の他端側に位置している。リード部22aの末端には電極パッド22bが接続され、電極パッド22bから第1固体電解質層13の外部に端子25bが突出している。
なお、上記した各端子15a、25b、15c、15d、45eは、それぞれ対応する電極パッドにロウ付けされている。そして、マルチセンサ100を図1の回路基板4に実装する際には、突出した各端子15a、25b、15c、15d、45eを回路基板4の対応する孔に挿入し、はんだ付け固定される。
マルチセンサ100は、アルコール検知電極11と共通基準電極42の間の電圧V2を測定してアルコール濃度を検知し、水素ガス検知電極22と共通基準電極42の間の電圧V1を測定して水素ガス濃度を検知する。
図1〜図4に示したアルコール検出器1を用意した。このアルコール検出器1をモデルガス発生装置に接続し、モデルガス発生装置のモデルガスを呼気導入口2bから導入した。モデルガスとして、相対湿度50%のベースガスに対し、アルコールガス(エタノール)又は水素ガスをそれぞれ100ppm添加し、温度25℃としたものを用いた。
アルコール検知部10及び水素ガス検知部20をヒータで650℃に保持した状態で、モデルガスを呼気導入口2bから導入し、アルコール検知部10及び水素ガス検知部20の出力電圧を測定した。
得られた結果を図8に示す。アルコール検知部10にベースガスとアルコールからなるモデルガスを吹き込んだところ、アルコールガスを検知した。一方、アルコール検知部10にベースガスと水素ガスからなるモデルガスを吹き込んだところ、水素ガスをまったく検知せず、アルコールを選択的に検知できることがわかった。
水素ガス検知部20にベースガスとアルコールからなるモデルガスを吹き込んだところ、アルコールガスを若干検知した。一方、水素ガス検知部20にベースガスと水素ガスからなるモデルガスを吹き込んだところ、水素ガスを検知した。なお、アルコールと水素ガスの混合ガスに対しては、アルコール検知部10及び水素ガス検知部20の各ガス濃度に応じた出力電圧を検量線として予め求めておき、アルコール検知部10で判明したアルコール濃度を、水素ガス検知部20で検知したアルコールと水素ガスの出力から差引くことにより、水素ガス濃度を求めることができる。
上記アルコール検出器1の呼気導入口2bへ、被験者の呼気を吹き込み、上記と同様にしてアルコール検知部10及び水素ガス検知部20の出力電圧を測定した。各検知部の測定を開始してから10秒後に呼気を吹き込んだ。
次に、大気を捕集したビニル袋を、上記アルコール検出器1の呼気導入口2bへ接続し、ビニル袋を押しつぶして大気を呼気導入口2bへ導入した。同様にアルコール検知部10及び水素ガス検知部20の出力電圧を測定した。
得られた結果を図9、図10に示す。呼気を吹き込んだ場合(図9)、水素ガスを検知したのに対し、大気を導入した場合(図10)、水素ガスを検知しなかった。これより、水素ガス検知部20の水素ガス濃度の出力の閾値を3mV程度に設定しておけば、呼気が正常に吹き込まれたか否かを判定することができる。
5 判定部(制御部)
10 アルコール検知部
11 アルコール検知電極
11x 下地電極
11y 選択反応層
12 第1基準電極
13 第1固体電解質層、第2固体電解質層
20 水素ガス検知部
22 水素ガス検知電極
42 第2基準電極(共通電極)
Claims (6)
- アルコール検知電極と第1基準電極と酸素イオン導電性の第1固体電解質層とを有し、呼気中のアルコールを選択的に検知するアルコール検知部と、
水素ガス検知電極と第2基準電極と酸素イオン導電性の第2固体電解質層とを有し、前記呼気中の水素ガスを検知する水素ガス検知部と、
前記水素ガス検知部の検知結果に応じて、前記呼気が正常に測定されたか否かを判定する判定部とを備えたアルコール検出器。 - 前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が閾値以上である場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定する請求項1記載のアルコール検出器。
- 前記判定部は、前記水素ガス検知部が検知した水素ガス濃度が前記閾値以上で所定時間維持された場合に、前記呼気が正常に測定されたと判定する請求項2記載のアルコール検出器。
- 前記アルコール検知電極は、下地電極と、該下地電極を覆いビスマスバナジウム酸化物を主成分とする選択反応層とから構成されているか、又は前記アルコール検知電極はビスマスバナジウム酸化物を主成分とする請求項1〜3のいずれかに記載のアルコール検出器。
- 前記第1固体電解質層と前記第2固体電解質層とが共通になっている請求項1〜4のいずれかに記載のアルコール検出器。
- 前記第1基準電極と前記第2基準電極とが共通になっている請求項1〜5のいずれかに記載のアルコール検出器。
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