JP5126131B2 - Gas detector - Google Patents
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Description
本発明は、ガス検出装置に係り、特に人間の呼気に含まれるエタノール等の検出対象ガスを検出するガス検出装置に関する。 The present invention relates to a gas detection device, and more particularly to a gas detection device that detects a detection target gas such as ethanol contained in human breath.
従来、金属酸化物半導体の抵抗値変化を利用してガス検出を行うガスセンサにおいて、所定期間に取り込んだ抵抗値、センサ温度、及び時間のデータをニューラルネットワークにより学習させ、このネットワークの出力によりガスの種類及びガス濃度を検出し、検出結果に基づいて警報を行うガスセンサが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a gas sensor that detects a gas by utilizing a change in resistance value of a metal oxide semiconductor, data of a resistance value, sensor temperature, and time taken in a predetermined period is learned by a neural network, and the output of the gas is obtained by output of this network. There has been proposed a gas sensor that detects the type and gas concentration and issues an alarm based on the detection result (see, for example, Patent Document 1).
また、センサの加熱温度を変化させたときのセンサ出力値の微分波形からガス種毎のモデル値を算出して記憶しておき、実測値とモデル値とを比較してガスの種類を同定し、同定されたガスの種類に基づいて、センサ出力値からガス濃度を算出するガス検出装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 The model value for each gas type is calculated and stored from the differential waveform of the sensor output value when the sensor heating temperature is changed, and the gas type is identified by comparing the measured value with the model value. A gas detection device that calculates a gas concentration from a sensor output value based on the identified gas type has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、上記特許文献1及び特許文献2の技術では、算出されたガス濃度または警報の有無を知ることはできるものの、提示されたガス濃度がどの程度の精度で算出された値であるかということが不明である、という問題がある。 However, in the techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2, although the calculated gas concentration or the presence or absence of an alarm can be known, the accuracy of the calculated gas concentration is the calculated value. There is a problem that is unknown.
本発明は、上記問題を解消するためになされたもので、ガス濃度を推定するための値を得ることができるだけでなく、その推定精度も把握することができるガス検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a gas detection device that can not only obtain a value for estimating a gas concentration but also grasp the estimation accuracy. And
上記目的を達成するために、第1の発明のガス検出装置は、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガスの濃度に関連する物理量を検出して検出値を出力するガス検出手段と、前記ガス検出手段の応答特性を表し、かつ前記検出値が該応答特性に応じて最終的に到達する最終到達値を示す係数を含む応答特性式を用い、前記応答特性式の値が前記検出値になる確率で表され、かつ値が異なる前記係数毎に算出した確率で表される確率分布を算出する算出手段と、前記算出手段で算出された確率分布を、前記最終到達値の確率分布として推定する最終到達値確率分布推定手段と、を含んで構成されている。 In order to achieve the above object, a gas detection device according to a first aspect of the present invention includes a gas detection unit that detects a physical quantity related to the concentration of a detection target gas contained in a detection target gas and outputs a detection value; A response characteristic equation that represents a response characteristic of the gas detection unit and includes a coefficient indicating a final arrival value that the detection value finally reaches according to the response characteristic is used, and the value of the response characteristic expression is used as the detection value. And a calculation means for calculating a probability distribution expressed by the probability calculated for each of the coefficients having different values, and the probability distribution calculated by the calculation means is estimated as the probability distribution of the final arrival value. And a final arrival value probability distribution estimating means.
第1の発明のガス検出装置によれば、ガス検出手段が、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガスの濃度に関連する物理量を検出して検出値を出力し、算出手段が、ガス検出手段の応答特性を表し、かつ検出値が該応答特性に応じて最終的に到達する最終到達値を示す係数を含む応答特性式を用い、応答特性式の値が検出値になる確率で表され、かつ値が異なる係数毎に算出した確率で表される確率分布を算出し、最終到達値確率分布推定手段が、算出手段で算出された確率分布を、最終到達値の確率分布として推定する。 According to the gas detection device of the first invention, the gas detection means detects a physical quantity related to the concentration of the detection target gas contained in the detection target gas and outputs a detection value, and the calculation means detects the gas detection Expressing the response characteristic of the means, and using the response characteristic equation that includes the coefficient that indicates the final value that the detection value finally reaches according to the response characteristic, the response characteristic value is expressed as the probability that the value will be the detection value. The probability distribution represented by the probability calculated for each coefficient having different values is calculated, and the final reaching value probability distribution estimating means estimates the probability distribution calculated by the calculating means as the probability distribution of the final reaching value.
このように、ガス検出手段の応答特性式及び検出値に基づいて、検出値の最終到達値の確率分布が推定されることにより、最終到達値を用いてガス濃度を推定することができるだけでなく、その最終到達値となる確率もわかるため、推定精度も把握することができる。 In this way, by estimating the probability distribution of the final arrival value of the detection value based on the response characteristic equation and detection value of the gas detection means, not only can the gas concentration be estimated using the final arrival value. Since the probability of the final arrival value is also known, the estimation accuracy can be grasped.
また、第1の発明のガス検出装置は、前記最終到達値確率分布推定手段で推定された前記最終到達値の確率分布に基づいて、確率が最大のときの最終到達値または期待値に対応する最終到達値に予め定めた値を乗算した値を、前記検出対象ガスの濃度として推定するガス濃度推定手段を含んで構成することができる。これにより、精度よくガス濃度を推定することができる。 Moreover, the gas detection apparatus of 1st invention respond | corresponds to the final arrival value or the expected value when the probability is the maximum, based on the probability distribution of the final arrival value estimated by the final arrival value probability distribution estimation means. A gas concentration estimating means for estimating a value obtained by multiplying the final reached value by a predetermined value as the concentration of the detection target gas can be configured. Thereby, the gas concentration can be estimated with high accuracy.
また、第1の発明のガス検出装置は、前記最終到達値確率分布推定手段で推定された前記最終到達値の確率分布において、予め定めた基準値を超える最終到達値の確率が予め定めた閾値以上の場合に、前記検出対象の気体中に前記検出対象ガスが含まれていると判定する判定手段を含んで構成することができる。このように、最終到達値の確率分布において、基準値を超える確率に基づいて、検出対象ガスが含まれているか否かを判定するため、判定の信頼度が向上する。 In the gas detector of the first invention, the probability of the final arrival value exceeding a predetermined reference value in the probability distribution of the final arrival value estimated by the final arrival value probability distribution estimation means is a predetermined threshold value. In the above case, it can comprise including the determination means which determines with the said detection target gas being contained in the said detection target gas. In this way, in the probability distribution of the final arrival value, it is determined whether or not the detection target gas is included based on the probability exceeding the reference value, so that the determination reliability is improved.
第2の発明のガス検出装置は、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガスの濃度に関連する物理量を検出して検出値を出力するガス検出手段と、前記ガス検出手段の応答特性を表し、かつ前記検出値が該応答特性に応じて最終的に到達する最終到達値を示す係数を含む応答特性式を用い、前記応答特性式の値が前記検出値になる確率で表され、かつ値が異なる前記係数毎に算出した確率で表される確率分布を算出する算出手段と、前記算出手段で算出された確率分布を、前記係数に予め定めた値を乗算した前記検出対象ガスの濃度を示す値毎の確率で表される確率分布に変換し、変換された確率分布を前記検出対象ガスの濃度の確率分布として推定するガス濃度確率分布推定手段と、を含んで構成されている。 A gas detection device according to a second aspect of the present invention represents a gas detection means for detecting a physical quantity related to the concentration of a detection target gas contained in a detection target gas and outputting a detection value, and a response characteristic of the gas detection means. And a response characteristic equation including a coefficient indicating a final arrival value that the detection value finally reaches according to the response characteristic, and a value represented by the probability that the value of the response characteristic equation becomes the detection value, and a value Calculating means for calculating a probability distribution represented by the probability calculated for each of the different coefficients, and the concentration of the detection target gas obtained by multiplying the probability distribution calculated by the calculating means by a predetermined value. Gas concentration probability distribution estimation means for converting the probability distribution represented by the probability for each value indicated and estimating the converted probability distribution as the probability distribution of the concentration of the detection target gas.
第2の発明のガス検出装置によれば、ガス検出手段が、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガスの濃度に関連する物理量を検出して検出値を出力し、算出手段が、ガス検出手段の応答特性を表し、かつ検出値が該応答特性に応じて最終的に到達する最終到達値を示す係数を含む応答特性式を用い、応答特性式の値が検出値になる確率で表され、かつ値が異なる係数毎に算出した確率で表される確率分布を算出し、ガス濃度確率分布推定手段が、算出手段で算出された確率分布を、係数に予め定めた値を乗算した検出対象ガスの濃度を示す値毎の確率で表される確率分布に変換し、変換された確率分布を検出対象ガスの濃度の確率分布として推定する。 According to the gas detection device of the second invention, the gas detection means detects a physical quantity related to the concentration of the detection target gas contained in the detection target gas and outputs a detection value, and the calculation means detects the gas detection Expressing the response characteristic of the means, and using the response characteristic equation that includes the coefficient that indicates the final value that the detection value finally reaches according to the response characteristic, the response characteristic value is expressed as the probability that the value will be the detection value. And a probability distribution represented by the probability calculated for each coefficient having a different value, and the gas concentration probability distribution estimation means multiplies the probability distribution calculated by the calculation means by a predetermined value to the coefficient. It converts into the probability distribution represented by the probability for every value which shows the density | concentration of gas, and estimates the converted probability distribution as a probability distribution of the density | concentration of detection object gas.
このように、ガス検出手段の応答特性式及び検出値に基づいて、より把握しやすいガス濃度の確率分布が推定されることにより、ガス濃度を推定することができるだけでなく、そのガス濃度となる確率もわかるため、推定精度も把握することができる。 In this way, by estimating the probability distribution of the gas concentration that is easier to grasp based on the response characteristic equation and the detection value of the gas detection means, not only the gas concentration can be estimated, but also the gas concentration is obtained. Since the probability is also known, it is possible to grasp the estimation accuracy.
また、第2の発明のガス検出装置は、前記ガス濃度確率分布推定手段で推定された前記検出対象ガスの濃度の確率分布に基づいて、確率が最大のときの値または期待値に対応する値を前記検出対象ガスの濃度として推定するガス濃度推定手段を含んで構成することができる。これにより、精度よくガス濃度を推定することができる。 Further, the gas detection device of the second invention is a value corresponding to a value or an expected value when the probability is maximum based on the probability distribution of the concentration of the detection target gas estimated by the gas concentration probability distribution estimation means. Can be configured to include a gas concentration estimating means for estimating the detection target gas concentration as the concentration of the detection target gas. Thereby, the gas concentration can be estimated with high accuracy.
また、第2の発明のガス検出装置は、前記ガス濃度確率分布推定手段で推定された前記検出対象ガスの濃度の確率分布において、予め定めた基準値を超える濃度の確率が予め定めた閾値以上の場合に、前記検出対象の気体中に前記検出対象ガスが含まれていると判定する判定手段を含んで構成することができる。このように、ガス濃度の確率分布において、基準値を超える確率に基づいて、検出対象ガスが含まれているか否かを判定するため、判定の信頼度が向上する。 In the gas detector of the second invention, in the probability distribution of the concentration of the detection target gas estimated by the gas concentration probability distribution estimating means, the probability of the concentration exceeding a predetermined reference value is equal to or greater than a predetermined threshold value. In this case, it is possible to include a determination unit that determines that the detection target gas is contained in the detection target gas. As described above, in the gas concentration probability distribution, it is determined whether or not the detection target gas is included based on the probability exceeding the reference value, so that the determination reliability is improved.
また、本発明の前記ガス検出手段の応答特性式を、以下の式で表すことができる。 Moreover, the response characteristic formula of the gas detection means of the present invention can be expressed by the following formula.
ただし、aは、前記最終到達値を示す係数、b及びcは、係数である。 Here, a is a coefficient indicating the final reached value, and b and c are coefficients.
以上説明したように、本発明によれば、ガス濃度を推定するために用いる最終到達値の確率分布を推定することにより、ガス濃度を推定するための値を得ることができるだけでなく、その推定精度も把握することができる、という効果が得られる。 As described above, according to the present invention, it is possible not only to obtain a value for estimating the gas concentration but also to estimate the probability distribution of the final arrival value used for estimating the gas concentration. The effect that accuracy can also be grasped is obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、ドライバの呼気からアルコールの一種であるエタノールの濃度を検出するエタノール濃度検出装置に、本発明を適用した場合を例に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to an ethanol concentration detection device that detects the concentration of ethanol, which is a kind of alcohol, from the breath of a driver will be described as an example.
図1に示すように、第1の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置10は、運転席に設けられたステアリングコラム12のドライバの呼気が到達可能な位置に取り付けられている。エタノール濃度検出装置10は、先端部に拡径した吸い込み口20Aが形成された細長円筒状の呼気導入管20を備えており、呼気導入管20の中間部の内部にはアルコールセンサ24が取り付けられている。
As shown in FIG. 1, the ethanol
図2に示すように、呼気導入管20の内部であって、アルコールセンサ24より吸い込み口20A側には、ドライバの呼気を吸い込み口20Aから吸い込むために駆動される吸い込みファン22が設けられている。
As shown in FIG. 2, a
アルコールセンサ24は、呼気導入管20内を流れる気体中に含まれるエタノールガスを検出するセンサで、例えば酸化物半導体式ガスセンサを用いることができる。アルコールセンサ24は、呼気導入管20内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が高くなるに従って、レベルが高い検出信号を出力し、呼気導入管20内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が低くなるに従って、レベルが低い検出信号を出力する。
The
本実施の形態によれば、吸い込みファン22を駆動することにより、ドライバから吐き出された呼気は呼気導入管20の吸い込み口20Aから呼気導入管20内に吸入されると共に、呼気が空気と混合されることで任意に希釈され、アルコールセンサ24へ一定流速で到達する。そして、呼気は、アルコールセンサ24に接触した後、呼気導入管20の外に排出される。
According to the present embodiment, when the
呼気がアルコールセンサ24に接触することにより、アルコールセンサ24によって呼気を含む気体中のエタノールガスの濃度に関連した検出値が検出される。アルコールセンサ24で検出された検出値に基づいて、呼気中の検出対象ガスとしてのエタノールガスの濃度が推定される。
When the exhaled breath comes into contact with the
図3に示すように、エタノール濃度検出装置10は、アルコールセンサ24、液晶ディスプレイ等の表示装置26、及びスピーカ28に接続され、かつ、エタノールガスの濃度を検出するエタノール濃度検出器30を備えている。
As shown in FIG. 3, the ethanol
エタノール濃度検出器30は、エタノール濃度検出装置10全体の制御を司るCPU、後述するガス検出プログラム等の各種プログラム等を記憶した記憶媒体としてのROM、ワークエリアとしてデータを一時格納するRAM、及びこれらを接続するバスを含むマイクロコンピュータで構成することができる。
The
エタノール濃度検出器30を、ハードウエアとソフトウエアとに基づいて定まる機能実現手段毎に分割した機能ブロックで説明すると、アルコールセンサ24の検出値を格納する検出値格納部40と、検出値格納部40に格納された検出値とアルコールセンサ24の応答特性式とに基づいて、検出値の最終到達値の確率分布を推定する最終到達値確率分布推定部42と、最終到達値確率分布推定部42で推定された最終到達値の確率分布で確率が最大となる最終到達値に基づいてエタノールガスのガス濃度を推定するガス濃度推定部46と、最終到達値確率分布推定部42で推定された最終到達値の確率分布に基づいて、呼気中に基準値以上のエタノールガスが存在するか否かを判定するガス有無判定部48と、ガス濃度推定部46の推定結果及びガス有無判定部48の判定結果を表示装置26に表示するように制御する表示制御部50と、ガス有無判定部48の判定結果に基づいて、スピーカ28から警報を出力するように制御する出力部52とを含んだ構成で表すことができる。
The
次に、図4を参照して、第1の実施の形態におけるガス検出処理ルーチンについて説明する。本ルーチンは、ROMに記憶されたガス検出プログラムをCPUが実行することにより行われる。 Next, the gas detection processing routine in the first embodiment will be described with reference to FIG. This routine is performed by the CPU executing a gas detection program stored in the ROM.
ステップ100で、アルコールセンサ24のヒータをオンし、アルコールセンサ24から出力される検出値の取得を開始する。
In
次に、ステップ102で、呼気が導入され続けた場合に、検出値が最終的に到達する値(最終到達値)の確率分布を推定する。以下にその具体的方法について説明する。
Next, in
アルコールセンサ24の応答特性式として、アルコールセンサ24の検出値が変化し始めた時刻をt=0としたときの時刻tにおける検出値f(t)を、パラメータa、b、及びcを用いて、下記(1)式のようにモデル化する。
As a response characteristic formula of the
上記(1)式においてt→∞(呼気が導入され続けた場合)とすると、検出値f(t)の値は、パラメータaに収束する。すなわち、パラメータaが検出値の最終到達値であり、パラメータa、b、及びcを推定することにより、最終到達値を推定することができる。 If t → ∞ (when exhalation continues to be introduced) in the above equation (1), the value of the detection value f (t) converges to the parameter a. That is, the parameter a is the final arrival value of the detected value, and the final arrival value can be estimated by estimating the parameters a, b, and c.
ここでは、ベイズフィルタの一種であるパーティクルフィルタを用いて上記パラメータa、b、及びcを推定する場合について説明する。 Here, a case where the parameters a, b, and c are estimated using a particle filter that is a kind of Bayes filter will be described.
時刻t=tでのパーティクルi(i=1、2、・・・、M:Mはパーティクルの数(例えば1000個))の状態xi tを、状態xi tにおける各パラメータを用いて下記(2)式のように表す。 Particle i at time t = t (i = 1,2, ···, M: M is the number of particles (e.g., 1000)) the state x i t of, using the parameters at state x i t following (2) It represents like a type | formula.
時刻t=tにおけるアルコールセンサ24の検出値をztとする。また、状態xi tにおいて、検出値ztを観測する確率P(zt|xi t)は、下記(3)式の平均fi t、分散σ1=[0.001,0.25,0.05]の正規分布N(fi t,σ1)に従うとする。
And z t the detection value of the
さらに、状態xi t−1の後に状態xtが観測される確率P(xt|xi t−1)は、平均xi t−1、分散σ2=[0.002,0.05,0.01]の正規分布N(xi t−1,σ2)に従うとする。 Furthermore, probability state x i t-1 after the state x t is the observed P (x t | x i t -1) is the average x i t-1, the dispersion σ 2 = [0.002,0.05 , 0.01] according to the normal distribution N (x i t−1 , σ 2 ).
このとき、下記のアルゴリズムを計算することにより、状態xi tの確率分布P(xt|zt)を推定する。ただし、時刻t=0における確率分布P(x0|z0)は一様分布であり、t=0におけるパーティクルは、0<a0<0.2、0<b0<5.0、0<c0<1.0の範囲でパラメータ空間に均等に存在するとする。 At this time, the probability distribution P (x t | z t ) of the state x i t is estimated by calculating the following algorithm. However, the probability distribution P (x 0 | z 0 ) at time t = 0 is a uniform distribution, and particles at t = 0 have 0 <a 0 <0.2, 0 <b 0 <5.0, 0 . It is assumed that the parameter space exists evenly in the range of <c 0 <1.0.
I. M個全てのパーティクルについて下記の処理を行う。 I. The following processing is performed for all M particles.
i 確率分布P(xt|xi t−1)に比例する確率でランダムにパーティクルiを1つ選択する。 i One particle i is selected at random with a probability proportional to the probability distribution P (x t | x i t−1 ).
ii パーティクルiにおける重みwi t=P(zt|xi t)を計算する。 ii Calculate the weight w i t = P (z t | x i t ) for particle i.
II. M個のパーティクルの中から重複を許して、重みwi tに比例する確率でM個のパーティクルを選択する。 II. Duplication is permitted from among M particles, and M particles are selected with a probability proportional to the weight w i t .
III.状態xi tの確率分布P(xt|zt)は、微小区間[xt−Δx,xt+Δx]におけるパーティクルの密度として近似する。 III. State x i t of the probability distribution P (x t | z t) is approximated as the density of particles in the small section [x t -Δx, x t + Δx].
上記アルゴリズムを各時刻において計算することにより、現時刻における状態xi tの確率分布P(xt|zt)が推定される。最終的に推定する状態xi tの確率分布P(xt|zt)は、例えば、アルコールセンサ24の検出値がピーク値となる時刻における状態xi tの確率分布P(xt|zt)とすることができる。
By calculating the above algorithm at each time, the probability distribution P (x t | z t ) of the state x i t at the current time is estimated. The probability distribution P (x t | z t ) of the state x i t to be finally estimated is, for example, the probability distribution P (x t | z of the state x i t at the time when the detection value of the
次に、ステップ104で、上記ステップ102で推定された状態xi tの確率分布P(xt|zt)に基づき、確率が最大となる状態xmax tを選択する。状態xmax tにおける各パラメータは、(2)式より、下記(4)式となり、検出値の最終到達値は、amax tとなる。
Next, in
ここで、lnは自然対数、Eはエタノールガスのガス濃度、及びkは予め算出された検出値濃度変換係数である。 Here, ln is a natural logarithm, E is a gas concentration of ethanol gas, and k is a detection value concentration conversion coefficient calculated in advance.
次に、ステップ106で、上記ステップ104で推定されたガス濃度E、及びそのガス濃度となる確率を表示装置26に表示する。そのガス濃度となる確率は、上記ステップ104で検出値の最終到達値amax tを推定した際に用いた最大の確率である。なお、推定されたガス濃度E、及びそのガス濃度となる確率をスピーカ28から音声出力するようにしてもよい。
Next, in
次に、ステップ108で、上記ステップ102で推定された検出値の最終到達値の確率分布において、呼気に基準値以上のエタノールガスが含まれているか否かを判定するための基準値Thaを超えている面積率Paを算出する。例えば、図5に示すような最終到達値の確率分布の場合、確率分布を示す曲線で囲まれた全体の面積の中における、図中斜線部の面積率を算出する。基準値Thaは、呼気にエタノールガスが含まれていると判定されるときのエタノール濃度の値を、上記(5)式に基づいてアルコールセンサ24の検出値に換算した値として予め定めておく。
Next, in
次に、ステップ110で、上記ステップ108で算出された面積率Paが判定閾値Ptha以上か否かを判定する。判定閾値Pthaは、基準値Thaを超えている確率がどの程度であるかを示す指標であり、例えば、Ptha=0.8のような値を予め定めておく。Pa≧Pthaの場合には、ステップ112へ進んで、スピーカ28からブザー音やメッセージなどの警報を出力して処理を終了する。Pa<Pthaの場合には、そのまま終了する。なお、表示装置26に警報メッセージを表示するようにしてもよい。
Next, in
以上説明したように、第1の実施の形態のエタノール濃度検出装置によれば、アルコールセンサの検出値の最終到達値の確率分布を推定するため、最終到達値を変換して推定されたガス濃度の値を知ることができるだけでなく、そのガス濃度がどの程度の精度で推定された値であるかということも把握することができ、ガス濃度の推定結果の提示や、推定結果を用いたガス有無の判定の信頼性が向上する。 As described above, according to the ethanol concentration detection apparatus of the first embodiment, in order to estimate the probability distribution of the final arrival value of the detection value of the alcohol sensor, the gas concentration estimated by converting the final arrival value is estimated. In addition to knowing the value of the gas, it is also possible to understand how accurately the gas concentration is estimated, presenting the estimation result of the gas concentration, and the gas using the estimation result The reliability of the presence / absence determination is improved.
次に、第2の実施の形態について説明する。なお、第1の実施の形態と同一の構成及び処理については、同一符号を付して説明を省略する。 Next, a second embodiment will be described. In addition, about the structure and process same as 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
第1の実施の形態のエタノール濃度検出装置では、アルコールセンサの検出値の最終到達値の確率分布を推定する場合について説明したが、第2の実施の形態では、最終到達値をガス濃度に変換し、ガス濃度の確率分布を推定する点が、第1の実施の形態とは異なっている。 In the ethanol concentration detection apparatus according to the first embodiment, the case of estimating the probability distribution of the final arrival value of the detection value of the alcohol sensor has been described. However, in the second embodiment, the final arrival value is converted into a gas concentration. However, it differs from the first embodiment in that the probability distribution of gas concentration is estimated.
図6に示すように、第2の実施の形態に係るエタノール濃度推定装置210は、アルコールセンサ24、表示装置26、及びスピーカ28に接続され、かつ、エタノールガスの濃度を検出するエタノール濃度検出器230を備えている。エタノール濃度検出器230は、検出値格納部40に格納された検出値とアルコールセンサ24の応答特性式とに基づいて、ガス濃度の確率分布を推定するガス濃度確率分布推定部44と、ガス濃度確率分布推定部44で推定されたガス濃度の確率分布で確率が最大となるときの値をガス濃度として推定するガス濃度推定部246と、ガス濃度確率分布推定部44で推定されたガス濃度の確率分布に基づいて、呼気中に基準値以上のガスが存在するか否かを判定するガス有無判定部248とを含んだ構成で表すことができる。
As shown in FIG. 6, an ethanol
次に、図7を参照して、第2実施の形態におけるガス検出処理ルーチンについて説明する。本ルーチンは、ROMに記憶されたガス検出プログラムをCPUが実行することにより行われる。 Next, the gas detection processing routine in the second embodiment will be described with reference to FIG. This routine is performed by the CPU executing a gas detection program stored in the ROM.
ステップ100で、アルコールセンサ24のヒータをオンし、アルコールセンサ24から出力される検出値の取得を開始する。
In
次に、ステップ300で、呼気に含まれるエタノールガスのガス濃度の確率分布を推定する。第1の実施の形態と同様に推定した最終到達値の確率分布を、上記(5)式に基づいて変換し、この変換された確率分布をガス濃度の確率分布として推定する。
Next, in
次に、ステップ302で、上記ステップ300で推定されたガス濃度の確率分布に基づき、確率が最大となる値を、エタノールガスのガス濃度Eとして推定する。次に、ステップ106で、上記ステップ302で推定されたガス濃度E、及びそのガス濃度となる確率を表示装置26に表示する。
Next, at
次に、ステップ306で、上記ステップ300で推定されたガス濃度の確率分布において、呼気に基準値以上のエタノールガスが含まれているか否かを判定するための基準値ThEを超えている面積率PEを算出する。例えば、図8に示すようなガス濃度の確率分布の場合、確率分布を示す曲線で囲まれた全体の面積の中における、図中斜線部の面積率を算出する。基準値ThEは、呼気にエタノール成分が含まれていると判定されるときのエタノール濃度の値(例えば、0.15mg)を予め定めておく。
Next, in step 306, in the probability distribution of the gas concentration estimated in
次に、ステップ308で、上記ステップ306で算出された面積率PEが判定閾値PthE以上か否かを判定する。判定閾値PthEは、基準値ThEを超えている確率がどの程度であるかを示す指標であり、例えば、PthE=0.8のような値を予め定めておく。PE≧PthEの場合には、ステップ112へ進んで、スピーカ28からブザー音やメッセージなどの警報を出力して処理を終了する。PE<PthEの場合には、そのまま終了する。
Next, in
以上説明したように、第2の実施の形態のエタノール濃度検出装置によれば、エタノールガスのガス濃度の確率分布を推定するため、ガス濃度の値を知ることができるだけでなく、そのガス濃度がどの程度の精度で推定された値であるかということも把握することができ、ガス濃度の推定結果の提示や、推定結果を用いたガス有無の判定の信頼性が向上する。 As described above, according to the ethanol concentration detection apparatus of the second embodiment, in order to estimate the probability distribution of the gas concentration of ethanol gas, not only the gas concentration value can be known, but also the gas concentration is It can also be understood to what extent the value is estimated, and the reliability of the presentation of the gas concentration estimation result and the determination of the presence or absence of gas using the estimation result is improved.
なお、上記の実施の形態では、最終到達値またはガス濃度の確率分布を推定する際にパーティクルフィルタを用いたが、これに限定されるものではない。例えば、下記のように拡張カルマンフィルタを用いても同様に確率分布を推定することができる。 In the above embodiment, the particle filter is used when estimating the final distribution value or the probability distribution of the gas concentration. However, the present invention is not limited to this. For example, the probability distribution can be similarly estimated using an extended Kalman filter as described below.
下記(8)式で表される系において、状態xkを推定する。 In the system represented by the following equation (8), the state x k is estimated.
ここで、xkは時刻kにおける状態、ukは制御入力、wkは平均ゼロ、共分散行列Qkの正規分布に従う時間遷移に関するノイズ、zkは観測量、及びvkは平均ゼロ、共分散行列Rkの正規分布に従う観測ノイズである。このとき、下記の手順に従い値を予測、更新していくことにより状態を推定する。 Where x k is the state at time k, u k is the control input, w k is mean zero, noise related to time transitions following the normal distribution of the covariance matrix Q k , z k is the observable, and v k is mean zero, it is the observation noise follows a normal distribution of the covariance matrix R k. At this time, the state is estimated by predicting and updating the value according to the following procedure.
本実施の形態において、 In this embodiment,
また、上記の実施の形態では、最終到達値またはガス濃度の確率分布において確率が最大となる値を用いてガス濃度を推定する場合について説明したが、期待値を用いてガス濃度を推定するようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the case where the gas concentration is estimated using the value that has the maximum probability in the final distribution value or the probability distribution of the gas concentration has been described. However, the gas concentration is estimated using the expected value. It may be.
また、上記の実施の形態では、呼気中のエタノールガスの有無により警報を行う場合について説明したが、呼気中にエタノールガスが含まれていると判定された場合に、エンジンが始動できないようにする等の不正ができないように制御するようにしてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the case where an alarm is given based on the presence or absence of ethanol gas in exhalation has been described. However, when it is determined that ethanol gas is contained in exhalation, the engine cannot be started. For example, control may be performed so as to prevent fraud.
また、上記の実施の形態では、ドライバの呼気からエタノールを検出する場合について説明したが、エタノール濃度検出装置を携帯可能に構成する等により、本発明をドライバ以外の人間の呼気からエタノールを検出する場合にも適用することができる。 In the above embodiment, the case where ethanol is detected from the exhalation of the driver has been described. However, the present invention detects ethanol from the exhalation of humans other than the driver by configuring the ethanol concentration detection device to be portable. It can also be applied to cases.
10、210 エタノール濃度検出装置
24 アルコールセンサ
26 表示装置
28 スピーカ
30、230 エタノール濃度検出器
40 検出値格納部
42 最終到達値確率分布推定部
44 ガス濃度確率分布推定部
46、246 ガス濃度推定部
48、248 ガス有無判定部
50 表示制御部
52 出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,210 Ethanol
Claims (7)
前記ガス検出手段の応答特性を表し、かつ前記検出値が該応答特性に応じて最終的に到達する最終到達値を示す係数を含む応答特性式を用い、前記応答特性式の値が前記検出値になる確率で表され、かつ値が異なる前記係数毎に算出した確率で表される確率分布を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出された確率分布を、前記最終到達値の確率分布として推定する最終到達値確率分布推定手段と、
を含むガス検出装置。 Gas detection means for detecting a physical quantity related to the concentration of the detection target gas contained in the detection target gas and outputting a detection value;
A response characteristic equation that represents a response characteristic of the gas detection unit and includes a coefficient indicating a final arrival value that the detection value finally reaches according to the response characteristic is used, and the value of the response characteristic expression is the detection value A calculation means for calculating a probability distribution expressed by the probability calculated for each of the coefficients having different values and represented by the probability of
A final reaching value probability distribution estimating means for estimating the probability distribution calculated by the calculating means as a probability distribution of the final reaching value;
A gas detection device.
前記ガス検出手段の応答特性を表し、かつ前記検出値が該応答特性に応じて最終的に到達する最終到達値を示す係数を含む応答特性式を用い、前記応答特性式の値が前記検出値になる確率で表され、かつ値が異なる前記係数毎に算出した確率で表される確率分布を算出する算出手段と、
前記算出手段で算出された確率分布を、前記係数に予め定めた値を乗算した前記検出対象ガスの濃度を示す値毎の確率で表される確率分布に変換し、変換された確率分布を前記検出対象ガスの濃度の確率分布として推定するガス濃度確率分布推定手段と、
を含むガス検出装置。 Gas detection means for detecting a physical quantity related to the concentration of the detection target gas contained in the detection target gas and outputting a detection value;
A response characteristic equation that represents a response characteristic of the gas detection unit and includes a coefficient indicating a final arrival value that the detection value finally reaches according to the response characteristic is used, and the value of the response characteristic expression is the detection value A calculation means for calculating a probability distribution expressed by the probability calculated for each of the coefficients having different values and represented by the probability of
The probability distribution calculated by the calculation means is converted into a probability distribution represented by a probability for each value indicating the concentration of the detection target gas obtained by multiplying the coefficient by a predetermined value, and the converted probability distribution is converted into the probability distribution. A gas concentration probability distribution estimating means for estimating the concentration distribution of the detection target gas as a probability distribution;
A gas detection device.
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