JP5372398B2

JP5372398B2 - 多成分ガス検知装置

Info

Publication number: JP5372398B2
Application number: JP2008090548A
Authority: JP
Inventors: 昭二木崎; 雅之内田; 啓介平尾; 正英北村
Original assignee: Riken Keiki KK
Current assignee: Riken Keiki KK
Priority date: 2008-03-31
Filing date: 2008-03-31
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2028-03-31
Also published as: JP2009244074A

Description

本発明は、検知対象ガスの種類が互いに異なる複数のガスセンサが設けられ、複数のガス成分を同時に検知することができるよう構成された多成分ガス検知装置に関する。

現在、様々な分野で、検知対象ガスを選択性良く検出するために、ガス検知装置の多機能化が要請されており、このような要請に対して、通常、検知対象ガスの種類が互いに異なる複数のガスセンサを搭載するなどして対応している。例えば炭化水素ガス検知用のガスセンサ、酸素ガス検知用のガスセンサ、一酸化炭素ガス検知用のガスセンサおよび硫化水素ガス検知用のガスンサの４つのガスセンサが搭載された多成分ガス検知装置などが提案されている（例えば特許文献１参照）。

近年においては、上記４つのガス成分以外の他のガス成分を同時に検出することが必要とされる場合も少なくなく、搭載するガスセンサの種類や役割が多様化してきている。
しかしながら、複数のガスセンサを具えた多成分ガス検知装置においては、標準装備された各々のガスセンサからの出力信号を共通の信号処理システムにより処理することにより各々の検知対象ガスの濃度を算出する構成とされており、他のガスセンサを単に追加した場合には、当該ガスセンサに対応する信号処理システムなどを別個に構成することが必要となって管理が複雑になるという、問題がある。

特開２００２−１１６１６９号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、標準装備されたガスセンサユニットと互いに特性の異なる追加のガスセンサユニットを容易に装着することができ、多機能化を図ることのできる多成分ガス検知装置を提供することを目的とする。

本発明の多成分ガス検知装置は、少なくとも１つが追加のガスセンサユニットが着脱自在に装着されるガスセンサユニット追加装着部である、複数のガスセンサユニット装着部と、前記ガスセンサユニット追加装着部以外の他のガスセンサユニット装着部に装着された互いに検知対象ガスの種類または検知レベルの異なるガスセンサを具えた複数の既定のガスセンサユニットと、装着されたガスセンサユニットの各々に被検ガスを供給する被検ガス供給機構と、前記既定のガスセンサユニットにおけるガスセンサの各々よりの出力信号を処理してガス濃度データを算出すると共に、当該ガス濃度データを含む、統一されたデータ通信の規格による測定データを作成する機能を有する主データ処理機構と、表示機構とを具えたガス検知装置本体を有してなり、
前記ガスセンサユニット追加装着部に選択的に装着される追加のガスセンサユニットは、前記既定のガスセンサユニットにおけるガスセンサと互いに検知対象ガスの種類または検知レベルの異なるガスセンサと、このガスセンサの出力信号を処理してガス濃度データを算出すると共に、当該ガス濃度データを含む、前記既定のガスセンサユニットに係る測定データと統一されたデータ通信の規格による測定データを作成する測定データ作成機構とよりなり、
すべての追加のガスセンサユニットにおいて得られる測定データが共通の信号伝送路を介して主データ処理機構に供給されて処理されると共に、前記表示機構により主データ処理機構よりの表示用データが表示されることを特徴とする。

本発明の多成分ガス検知装置においては、測定データが、ガス濃度データおよびガスセンサのステータスデータを含むものとすることができる。

また、本発明の多成分ガス検知装置においては、既定のガスセンサユニットとして、炭化水素ガス検知用の接触燃焼式ガスセンサ、酸素ガス検知用のガルバニ式ガスセンサ、一酸化炭素ガス検知用の定電位電解式ガスセンサおよび硫化水素ガス検知用の定電位電解式ガスンサを備えたガスセンサユニットが標準装備されており、
追加のガスセンサユニットにおけるガスセンサとして、揮発性有機化合物検知用の光イオン化式ガスセンサ、特殊毒性ガス検知用の定電位電解式ガスセンサ、高濃度可燃性ガス検知用の熱伝導式ガスセンサ、二酸化硫黄ガス検知用の定電位電解式ガスセンサ、二酸化炭素ガス検知用の赤外線吸収式ガスセンサ、メタンガス検知用の赤外線吸収式ガスセンサ、イソブタンガス検知用の赤外線吸収式ガスセンサのうちから選択されるものを用いることができる。

さらにまた、本発明の多成分ガス検知装置においては、３つの追加のガスセンサを含む７つのガスセンサが装着された構成とすることができる。

本発明の多成分ガス検知装置によれば、少なくとも１つ以上の追加のガスセンサユニットを含む複数のガスセンサユニットにおける測定データ作成機構の各々が、統一された規格による測定データを作成する機能を有すると共に主データ処理機構との間でデータの相互通信を行う機能を有することにより、主データ処理機構においてすべてのガスセンサユニットに係る測定データを処理することができるので、目的に応じて選択される追加のガスセンサユニットを容易に装着することでき、ガス検知装置を例えば互いに異なる７つのガス成分を同時に検知することができるといった多機能化が図られたものとして構成することができる。

本発明の多成分ガス検知装置は、少なくとも１つが追加のガスセンサユニットが着脱自在に装着されるガスセンサユニット追加装着部である、複数のガスセンサユニット装着部と、複数のガスセンサユニット装着部に装着された複数のガスセンサユニットと、この複数のガスセンサユニットの各々に被検ガスを供給する被検ガス供給機構と、前記複数のガスセンサユニットの各々からの測定データを処理する主データ処理機構と、表示機構とを具えている。

図１は、本発明の多成分ガス検知装置の一例における要部構成の概略を示すブロック図である。
この多成分ガス検知装置においては、例えば、標準装備された例えば４つのガスセンサユニット（以下、「既定ガスセンサユニット」という。）が装着されるガスセンサ装着部２０と、例えば３つの追加のガスセンサユニットが交換可能に装着される３つのガスセンサユニット追加装着部３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃとを備えている。

各々の既定ガスセンサユニットにおけるガスセンサ（以下、「既定ガスセンサ」という。）としては、例えば炭化水素ガス検知用の接触燃焼式ガスセンサＳ１、酸素ガス検知用のガルバニ式ガスセンサＳ２、一酸化炭素ガス検知用の定電位電解式ガスセンサＳ３および硫化水素ガス検知用の定電位電解式ガスンサＳ４が用いられている。

主データ処理機構は、各々の既定ガスセンサユニットにおける、ガスセンサからの出力信号を処理して測定データを得るための測定データ作成機構としての機能を備えた共通の信号処理システムと、各々の既定ガスセンサＳ１〜Ｓ４についての固有の情報が記録されると共に測定データが記録される（データロガ機能）メモリ１５と、例えば赤外線通信を利用した外部出力端子１６と、計時部（ＲＴＣ）１７とを有するメイン基板１０により構成されており、信号処理システムは、例えばアンプ１２、Ａ／Ｄ変換器１３およびマイコン（ＣＰＵ）１１を具えてなる。
ここに、既定ガスセンサＳ１〜Ｓ４に固有の情報としては、例えばセンサ型式，ガス名，校正前濃度，校正後濃度，校正日時，フルスケール，オプションガス名，少数点位置，デジット，警報点，校正濃度，ゼロサプレス値，ゼロ追尾設定，Ｗレンジデータ，切り替え濃度などを例示することができる。

上述したように、上記多成分ガス検知装置においては、既定ガスセンサと検知対象ガスの種類または検知レベルが異なるガスセンサ（以下、「追加ガスセンサ」という。）を具えた、例えば３つの追加のガスセンサユニットＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３が増設可能に構成されている。
追加のガスセンサユニットＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３は、いずれも、追加ガスセンサ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃと、追加ガスセンサ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃからの出力信号を処理して、ガス濃度データおよびガスセンサの故障状態および測定単位などのステータスデータを含む測定データを作成する測定データ作成機構と、追加ガスセンサ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃについての固有の情報が記録されると共に測定データが記録される（データロガ機能）メモリ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃとにより構成されている。

この多成分ガス検知装置において増設可能な追加ガスセンサとしては、例えば揮発性有機化合物（ＶＯＣ）検知用の光イオン化式ガスセンサ、アンモニアガスまたは塩素ガスなどの特殊毒性ガス検知用の定電位電解式ガスセンサ、高濃度可燃性ガス検知用の熱伝導式ガスセンサ、二酸化硫黄ガス検知用の定電位電解式ガスセンサ、二酸化炭素ガス検知用の赤外線吸収式ガスセンサ、メタンガス検知用の赤外線吸収式ガスセンサ、イソブタンガス検知用の赤外線吸収式ガスセンサなどを例示することができる。

追加のガスセンサユニットにおける測定データ作成機構は、マイコン（ＣＰＵ）３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃを含む、追加ガスセンサ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃからの出力信号を処理してメイン基板１０において得られる既定ガスセンサＳ１〜Ｓ４の各々に係る測定データと統一された規格、具体的には、同一のデータ通信の規格による測定データを得る信号処理システムを具えた機能拡張用サブ基板３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃよりなり、メイン基板１１に電気的に接続されている。
各々の機能拡張用サブ基板３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは、互いに同一のインターフェースを有し、例えば同一サイズで作成されている。

また、各々の機能拡張用サブ基板３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃは、メイン基板１０との間でデータの相互通信を行う機能を有する。
メイン基板１０と各々の機能拡張用サブ基板３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃとのデータ通信は、例えばＩ₂Ｃバスなどの２線式シリアル通信接続、ＳＰＩバスなどの３線式シリアル通信接続による信号伝送路、例えば図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、すべての追加のガスセンサユニットＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３に共通の信号伝送路を介して行われる。

各々の追加のガスセンサユニットＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３におけるメモリ３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃに記録された追加ガスセンサ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに固有の情報としては、例えばセンサ型式，ガス名，校正前濃度，校正後濃度，校正日時，フルスケール，オプションガス名，少数点位置，デジット，警報点，校正濃度，ゼロサプレス値，ゼロ追尾設定，Ｗレンジデータ，切り替え濃度などを例示することができる。
また、追加ガスセンサ３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃの特性に応じて、ガスセンサに固有の特性を補償するためのデータ、例えば、定電位電解式ガスセンサを備えた追加ガスセンサユニットのメモリにはＤ／Ａ調整値、赤外線吸収式ガスセンサを備えた追加ガスセンサユニットのメモリには、光波（正弦波）の面積値、ＰＯＴ調整値、熱伝導式センサを備えた追加ガスセンサユニットのメモリには、センサ電圧、Ｄ／Ａ調整値などが固有の情報として記録されている。

以下、上記多成分ガス検知装置の動作について説明する。
先ず、追加ガスセンサユニットが増設されていない場合には、被検ガス供給機構によって被検ガスが４つの既定ガスセンサの各々に順次に供給されて目的とする検知対象ガスについてその濃度検知が行われる。
そして、各々の既定ガスセンサＳ１〜Ｓ４において得られる出力信号は、メイン基板１０における共通の信号処理システムにより処理され、これにより、目的とする各々の検知対象ガスについてのガス濃度データが算出されると共に、当該ガス濃度データおよびステータスデータを含む、統一されたデータ通信の規格による各々の検知対象ガスについての測定データが作成される。このようにして得られる測定データの各々は、メモリ１５に記録されると共にその一部が表示用データとして表示機構４０に伝送され、当該表示機構４０により表示される。
ここに、表示用データは、現在のガス濃度値（例えば小数点を含む５桁の数字で表現）や濃度単位に加えて、ガス名、フルスケール、１デジット値、警報点、校正濃度、ゼロサプレス値、ゼロ追尾設定値などを含むものである。

また、追加ガスセンサユニットＯＳ１〜ＯＳ３が増設されている場合には、図３に示すように、メイン基板１０より追加ガスセンサユニットＯＳ１〜ＯＳ３の各々における機能拡張用サブ基板３５Ａ〜３５Ｃに対して初期データ読み出し指令信号が出力され、メモリ３３Ａ〜３３Ｃに記録された初期データを取得する起動処理が行われ、機能拡張用サブ基板３５Ａ〜３５Ｃからの初期データが受信されたことが確認されることにより、被検ガス供給機構によって被検ガスが既定ガスセンサＳ１〜Ｓ４および追加ガスセンサ３１Ａ〜３１Ｃの各々に順次に供給されて目的とする検知対象ガスについてその濃度検知（ガス測定）が開始される。

そして、各々の既定ガスセンサＳ１〜Ｓ４において得られる出力信号については、上述したように、メイン基板１０における共通の信号処理システムにより処理され、これにより、目的とする各々の検知対象ガスについてのガス濃度データが算出されると共に、当該ガス濃度データおよびステータスデータを含む、統一されたデータ通信の規格による各々の検知対象ガスについての測定データが作成される。
一方、追加ガスセンサ３１Ａ〜３１Ｃにおいて得られる出力信号（例えば定電位電解式センサは微弱電流信号、赤外線吸収式センサは光波（正弦波) の面積値、光イオン化式センサは微弱電流信号、熱伝導式センサは電流信号である。）は、それぞれ、メイン基板１０における信号処理システムと同一または異なる、各々の機能拡張用サブ基板３５Ａ〜３５Ｃにおける信号処理システムによって処理され、これにより、検知対象ガスについてのガス濃度データが算出され、さらに、当該ガス濃度データおよびステータスデータを含む、統一されたデータ通信の規格による各々の検知対象ガスについての測定データが作成されると共に、メモリ３３Ａ〜３３Ｃに記録される。

ガス測定動作中においては、メイン基板１０より所定時間間隔例えば１２５ｍｓｅｃ毎に、追加のガスセンサユニットにおける機能拡張用サブ基板３５Ａ〜３５Ｃに対して測定データ読み出し指令信号が出力され、メモリ３３Ａ〜３３Ｃに記録された測定データが取得される。

以上のようにして得られた各々の既定ガスセンサＳ１〜Ｓ４に係る測定データの一部および各々の追加ガスセンサ３１Ａ〜３１Ｃに係る測定データの一部がメイン基板１０におけるマイコン（ＣＰＵ）１１によって表示用データとして表示機構４０に伝送され、表示機構４０により、例えばすべての検知対象ガスについてのガス濃度値が同一画面上に表示される。ここに、表示機構４０における表示は、例えば１つのガス成分の表示のみを切り替え可能に表示させることができる。

而して、上記多成分ガス検知装置によれば、追加ガスセンサユニットＯＳ１〜ＯＳ３における機能拡張用サブ基板３５Ａ〜３５Ｃが、メイン基板１０において得られる各々の既定ガスセンサユニットについての測定データと同一のデータ通信の規格による測定データを作成する機能を有すると共にメイン基板１０との間でデータの相互通信を行う機能を有することにより、メイン基板１０においてすべてのガスセンサユニットに係る測定データを処理すること、具体的には、すべてのガスセンサユニットに共通の処理（例えば表示など）を行うための信号処理システムの統一化を図ることができるので、目的に応じて選択される追加ガスセンサユニットを容易に装着することでき、ガス検知装置を例えば互いに異なる７つのガス成分を同時に検知することができるといった多機能化が図られたものとして構成することができる。

また、次のような付随的な効果を得ることができる。
追加ガスセンサユニットＯＳ１〜ＯＳ３が増設された場合であっても、メイン基板１０は、追加ガスセンサユニットＯＳ１〜ＯＳ３における追加ガスセンサ３１Ａ〜３１Ｃにおいて得られる出力信号に対する信号処理を行わないため、メイン基板１０におけるプログラム（記録された情報）のアップデートをする必要がなく、この点においても、目的に応じて選択される追加ガスセンサユニットを容易に装着することできる。
また、機能拡張用サブ基板３５Ａ〜３５Ｃ毎に特殊コマンドを設けておくことにより、それぞれの必要な処理、例えばガスセンサのゼロ校正、スパン校正処理などをメイン基板１０からの動作指令信号に基づいて実行することができる。
さらに、赤外線通信を利用して、増設された追加のガスセンサユニットＯＳ１〜ＯＳ３の情報をアップデートすること、例えばメイン基板１０（ガス検知装置本体側）から警報点など設定情報を追加のガスセンサユニットＯＳ１〜ＯＳ３におけるメモリ３３Ａ〜３３Ｃに記録させることができ、これにより、当該追加のガスセンサユニットＯＳ１〜ＯＳ３を異なるガス検知装置本体に増設する場合であっても、変更した設定情報を異なるガス検知装置本体において有効に使用することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、既定ガスセンサの各々に対応する測定データ作成機構が設けられた構成とされていてもよい。このような場合には、主データ処理機構に対する負担が軽減されると共に既定ガスセンサユニットそれ自体も交換可能に構成することができる。
追加のガスセンサに対応する機能拡張用サブ基板は、ガス検知装置本体側に単独で設けられていても、一のガスセンサユニットとして、追加のガスセンサと共にガス検知装置本体に増設されてもいずれであってもよい。
また、警報報知機構を備えた構成とすることができ、この場合には、いずれかの検知対象ガスの濃度がメイン基板によって基準値を越えたことが検出されたときに、目的とする検知対象ガスの各々についての警報が発せられる。

本発明の多成分ガス検知装置の一例における要部構成の概略を示すブロック図である。メイン基板と機能拡張用サブ基板との間のデータ通信接続状態を示す説明図であって、（Ａ）２線式シリアル通信接続、（Ｂ）３線式シリアル通信接続による信号伝送路である。本発明の多成分ガス検知装置における動作を説明するための図である。

符号の説明

１０メイン基板
１１マイコン（ＣＰＵ）
１２アンプ
１３Ａ／Ｄ変換器
１５メモリ
１６外部出力端子
１７計時部（ＲＴＣ）
２０ガスセンサ装着部
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃガスセンサユニット追加装着部
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ追加ガスセンサ
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃマイコン（ＣＰＵ）
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃメモリ
３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ機能拡張用サブ基板
４０表示機構
Ｓ１既定ガスセンサ（炭化水素ガス検知用の接触燃焼式ガスセンサ）
Ｓ２既定ガスセンサ（酸素ガス検知用のガルバニ式ガスセンサ）
Ｓ３既定ガスセンサ（一酸化炭素ガス検知用の定電位電解式ガスセンサ）
Ｓ４既定ガスセンサ（硫化水素ガス検知用の定電位電解式ガスンサ）
ＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３追加のガスセンサユニット

Claims

少なくとも１つが追加のガスセンサユニットが着脱自在に装着されるガスセンサユニット追加装着部である、複数のガスセンサユニット装着部と、前記ガスセンサユニット追加装着部以外の他のガスセンサユニット装着部に装着された互いに検知対象ガスの種類または検知レベルの異なるガスセンサを具えた複数の既定のガスセンサユニットと、装着されたガスセンサユニットの各々に被検ガスを供給する被検ガス供給機構と、前記既定のガスセンサユニットにおけるガスセンサの各々よりの出力信号を処理してガス濃度データを算出すると共に、当該ガス濃度データを含む、統一されたデータ通信の規格による測定データを作成する機能を有する主データ処理機構と、表示機構とを具えたガス検知装置本体を有してなり、
前記ガスセンサユニット追加装着部に選択的に装着される追加のガスセンサユニットは、前記既定のガスセンサユニットにおけるガスセンサと互いに検知対象ガスの種類または検知レベルの異なるガスセンサと、このガスセンサの出力信号を処理してガス濃度データを算出すると共に、当該ガス濃度データを含む、前記既定のガスセンサユニットに係る測定データと統一されたデータ通信の規格による測定データを作成する測定データ作成機構とよりなり、
すべての追加のガスセンサユニットにおいて得られる測定データが共通の信号伝送路を介して主データ処理機構に供給されて処理されると共に、前記表示機構により主データ処理機構よりの表示用データが表示されることを特徴とする多成分ガス検知装置。
測定データが、ガス濃度データおよびガスセンサのステータスデータを含むものであることを特徴とする請求項１に記載の多成分ガス検知装置。
既定のガスセンサユニットとして、炭化水素ガス検知用の接触燃焼式ガスセンサ、酸素ガス検知用のガルバニ式ガスセンサ、一酸化炭素ガス検知用の定電位電解式ガスセンサおよび硫化水素ガス検知用の定電位電解式ガスンサを備えたガスセンサユニットが標準装備されており、
追加のガスセンサユニットにおけるガスセンサとして、揮発性有機化合物検知用の光イオン化式ガスセンサ、特殊毒性ガス検知用の定電位電解式ガスセンサ、高濃度可燃性ガス検知用の熱伝導式ガスセンサ、二酸化硫黄ガス検知用の定電位電解式ガスセンサ、二酸化炭素ガス検知用の赤外線吸収式ガスセンサ、メタンガス検知用の赤外線吸収式ガスセンサ、イソブタンガス検知用の赤外線吸収式ガスセンサのうちから選択されるものが用いられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多成分ガス検知装置。
３つの追加のガスセンサユニットが増設可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の多成分ガス検知装置。