JP6138652B2 - Fine particle measurement system - Google Patents
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Description
本発明は、ガス中に含まれる煤などの微粒子量を測定する微粒子測定システムに関する。 The present invention relates to a fine particle measurement system for measuring the amount of fine particles such as soot contained in a gas.
従来から、ディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する微粒子測定システムが知られている(特許文献1,2)。この微粒子測定システムは、コロナ放電によってイオンを生成し、生成したイオンによって排ガス中の微粒子を帯電させるとともに、微粒子の帯電に使用されなかったイオンを捕捉して、捕捉したイオン量に基づいて(逆に言えば、微粒子に帯電され、補足されなかったイオン量に基づいて)排ガス中の微粒子の量を測定する。捕捉したイオン量は、帯電に使用されたイオン量と相関しており、帯電に使用されたイオン量は、排ガス中の微粒子の量に相関しているため、この微粒子測定システムは、捕捉したイオン量から排ガス流の微粒子の量を測定することができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a fine particle measurement system that measures the amount of fine particles such as soot contained in exhaust gas of an internal combustion engine such as a diesel engine is known (
しかしながら、微粒子測定システムで検出される電流は非常に小さいため、その電流値から微粒子の量を高感度に検出することは容易でなく、その感度を高めることが困難であるという問題があった。例えば、或る狭い範囲の微粒子量を高感度に測定することが可能なシステムを用いて、より広い範囲において高感度に測定することは困難であった。 However, since the current detected by the fine particle measurement system is very small, it is not easy to detect the amount of fine particles with high sensitivity from the current value, and there is a problem that it is difficult to increase the sensitivity. For example, it has been difficult to measure with high sensitivity in a wider range using a system capable of measuring the amount of fine particles in a narrow range with high sensitivity.
上記課題を解決するために、本発明は以下の形態として実現することが可能である。 In order to solve the above problems, the present invention can be realized as the following forms.
(1)本発明の一形態は、ガス中の微粒子量を示す測定信号を生成する測定信号生成回路を備えた微粒子測定システムであって:前記測定信号生成回路は、前記微粒子量を低感度で表す低感度測定信号と、前記微粒子量を前記低感度測定信号よりも高感度で表す高感度測定信号と、を生成可能であり;前記微粒子測定システムは、前記低感度測定信号の電圧レベルに応じて、前記測定信号生成回路における前記高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更するセンサ制御部を備えることを特徴とする。
この微粒子測定システムによれば、低感度測定信号の電圧レベルに応じて高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更するので、微粒子量の広い範囲に亘って高感度に測定を実行することが可能である。
(1) One aspect of the present invention is a particulate measurement system including a measurement signal generation circuit that generates a measurement signal indicating the amount of particulates in a gas: the measurement signal generation circuit reduces the amount of particulates with low sensitivity. A low-sensitivity measurement signal that represents and a high-sensitivity measurement signal that represents the amount of fine particles with a higher sensitivity than the low-sensitivity measurement signal; And a sensor control unit that adaptively changes a measurement window of the high-sensitivity measurement signal in the measurement signal generation circuit.
According to this fine particle measurement system, the measurement window of the high sensitivity measurement signal is adaptively changed according to the voltage level of the low sensitivity measurement signal, so that the measurement can be performed with high sensitivity over a wide range of the fine particle amount. Is possible.
(2)上記微粒子測定システムは、更に:コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と;ガス中の少なくとも一部の微粒子を、前記イオンを用いて帯電させるための帯電室と;前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、を備えていてもよい。また、前記測定信号生成回路は、前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、前記低感度測定信号と前記高感度測定信号を生成するものとしてもよい。
この構成によれば、イオン発生部から発生されたイオンの量と、捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、低感度測定信号と高感度測定信号を生成するので、ガス中の微粒子が微量であっても精度の良い測定が可能である。
(2) The fine particle measurement system further includes: an ion generating unit that generates ions by corona discharge; a charging chamber for charging at least some of the fine particles in the gas using the ions; and charging of the fine particles. And a capturing section that captures at least a part of the ions that are not used in the above. Further, the measurement signal generation circuit is configured to generate the low-sensitivity measurement signal based on a current value corresponding to a difference between the amount of ions generated from the ion generation unit and the amount of ions captured by the capture unit. The high sensitivity measurement signal may be generated.
According to this configuration, the low sensitivity measurement signal and the high sensitivity measurement signal are generated based on the current value corresponding to the difference between the amount of ions generated from the ion generation unit and the amount of ions captured by the capture unit. Therefore, accurate measurement is possible even if the amount of fine particles in the gas is very small.
(3)上記微粒子測定システムにおいて、前記測定信号生成回路は:前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流を電圧に変更するI−V変換回路と;前記I−V変換回路の出力電圧を第1の増幅度で増幅する高感度測定回路と、を備えるものとしてもよい。また、前記測定信号生成回路は、(i)前記I−V変換回路の出力電圧に等しい第1の電圧、又は、前記第1の電圧を前記第1の増幅度よりも小さな第2の増幅度で増幅した第2の電圧を、前記低感度測定信号として出力し、(ii)前記高感度測定回路の出力電圧を前記高感度測定信号として出力する、ものとしてもよい。
この構成によれば、簡単な回路構成で、低感度測定信号と高感度測定信号の両方を生成することが可能である。
(3) In the fine particle measurement system, the measurement signal generation circuit changes the current corresponding to the difference between the amount of ions generated from the ion generation unit and the amount of ions captured by the capture unit to a voltage. An IV conversion circuit that performs the above operation; and a high-sensitivity measurement circuit that amplifies the output voltage of the IV conversion circuit with a first amplification degree. The measurement signal generation circuit may include (i) a first voltage equal to an output voltage of the IV conversion circuit, or a second amplification degree that is smaller than the first amplification degree. The second voltage amplified in step (b) may be output as the low sensitivity measurement signal, and (ii) the output voltage of the high sensitivity measurement circuit may be output as the high sensitivity measurement signal.
According to this configuration, it is possible to generate both the low sensitivity measurement signal and the high sensitivity measurement signal with a simple circuit configuration.
(4)上記微粒子測定システムにおいて、前記高感度測定回路は:第1と第2の入力端子を有し、前記第1の入力端子に供給される前記低感度測定信号を増幅して前記高感度測定信号を生成する増幅回路と;前記増幅回路の前記第2の入力端子に供給するオフセット電圧を変更可能なオフセット電圧調整回路と、を備えるものとしてもよい。また、前記センサ制御部は、前記低感度測定信号の電圧レベルに基づいて決定された信号レベルを有するオフセット信号を前記オフセット電圧調整回路に供給することによって、前記オフセット電圧調整回路に前記オフセット電圧を調整させて、前記高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更するものとしてもよい。
この構成によれば、測定ウィンドウの調整を正確に行うことが可能である。
(4) In the fine particle measurement system, the high-sensitivity measurement circuit includes: first and second input terminals, and amplifies the low-sensitivity measurement signal supplied to the first input terminal to increase the sensitivity. An amplifier circuit that generates a measurement signal; and an offset voltage adjustment circuit that can change an offset voltage supplied to the second input terminal of the amplifier circuit may be provided. The sensor control unit supplies the offset voltage to the offset voltage adjustment circuit by supplying an offset signal having a signal level determined based on the voltage level of the low sensitivity measurement signal to the offset voltage adjustment circuit. The measurement window of the high-sensitivity measurement signal may be adaptively changed by adjustment.
According to this configuration, it is possible to accurately adjust the measurement window.
(5)上記微粒子測定システムにおいて、前記測定信号生成回路は:第1と第2の入力端子を有し、前記第1の入力端子に供給される前記低感度測定信号を増幅して前記高感度測定信号を生成する増幅回路と;前記増幅回路の前記第2の入力端子に供給するオフセット電圧を変更可能なオフセット電圧調整回路と、を備えるものとしてもよい。また、前記センサ制御部は、前記低感度測定信号の電圧レベルに基づいて決定された信号レベルを有するオフセット信号を前記オフセット電圧調整回路に供給することによって、前記オフセット電圧調整回路に前記オフセット電圧を調整させて、前記高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更するものとしてもよい。
この構成によれば、測定ウィンドウの調整を正確に行うことが可能である。
(5) In the fine particle measurement system, the measurement signal generation circuit includes: first and second input terminals, and amplifies the low sensitivity measurement signal supplied to the first input terminal to increase the high sensitivity. An amplifier circuit that generates a measurement signal; and an offset voltage adjustment circuit that can change an offset voltage supplied to the second input terminal of the amplifier circuit may be provided. The sensor control unit supplies the offset voltage to the offset voltage adjustment circuit by supplying an offset signal having a signal level determined based on the voltage level of the low sensitivity measurement signal to the offset voltage adjustment circuit. The measurement window of the high-sensitivity measurement signal may be adaptively changed by adjustment.
According to this configuration, it is possible to accurately adjust the measurement window.
(6)上記微粒子測定システムにおいて、前記センサ制御部は、前記増幅回路の増幅度を変更することによって、前記増幅回路から前記低感度測定信号を出力する第1の動作モードと、前記増幅回路から前記高感度測定信号を出力する第2の動作モードと、を切り換えるものとしてもよい。
この構成によれば、増幅回路の増幅度を変更するだけで、低感度測定信号と高感度測定信号を必要に応じて適宜生成することが可能である。また、同じ増幅回路を用いて低感度測定信号と高感度測定信号を出力するので、増幅回路の違いに起因する測定信号の誤差の発生を低減することができる。
(6) In the fine particle measurement system, the sensor control unit changes the amplification degree of the amplification circuit, thereby outputting the low sensitivity measurement signal from the amplification circuit, and the amplification circuit. The second operation mode for outputting the high-sensitivity measurement signal may be switched.
According to this configuration, it is possible to appropriately generate the low sensitivity measurement signal and the high sensitivity measurement signal as needed only by changing the amplification degree of the amplifier circuit. In addition, since the low sensitivity measurement signal and the high sensitivity measurement signal are output using the same amplifier circuit, it is possible to reduce the occurrence of measurement signal errors due to the difference between the amplifier circuits.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、微粒子センサ、微粒子検出方法、微粒子測定システムを備える内燃機関、この内燃機関を備えた車両などの形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various modes, and can be realized in the form of, for example, a particulate sensor, a particulate detection method, an internal combustion engine equipped with a particulate measurement system, and a vehicle equipped with the internal combustion engine. it can.
A.第1実施形態:
図1(a)は、微粒子測定システム10を搭載した車両500の概略構成を例示した説明図である。図1(b)は、車両500に取り付けられた微粒子測定システム10の概略構成を例示した説明図である。微粒子測定システム10は、微粒子センサ100と、ケーブル200と、センサ駆動部300とを備えており、内燃機関400から排出される排ガスに含まれる煤などの微粒子の量を測定する。内燃機関400は、車両500の動力源であり、ディーゼルエンジン等によって構成されている。
A. First embodiment:
FIG. 1A is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a
微粒子センサ100は、内燃機関400から延びる排ガス配管402に取り付けられ、ケーブル200によってセンサ駆動部300と電気的に接続されている。本実施形態では、微粒子センサ100は、フィルタ装置410(例えば、DPF(Diesel particulate filter))よりも下流側の排ガス配管402に取り付けられている。微粒子センサ100は、排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号をセンサ駆動部300に出力する。
The
センサ駆動部300は、微粒子センサ100を駆動するとともに、微粒子センサ100から入力される信号に基づいて排ガス中の微粒子の量を測定する。本実施形態において、「微粒子の量」は、排ガス中の微粒子の質量の合計に比例する値として測定される。但し、「微粒子の量」は、微粒子の表面積の合計に比例する値として測定されてもよく、又は、排ガスの単位体積中に含まれる微粒子の個数に比例する値として測定されてもよい。センサ駆動部300は、検出した排ガス中の微粒子量を示す信号を車両制御部420に出力する。車両制御部420は、センサ駆動部300から入力される信号に応じて、内燃機関400の燃焼状態や、燃料配管405を介して燃料供給部430から内燃機関400に供給される燃料の供給量などを制御する。車両制御部420は、例えば、排ガス中の微粒子量が所定の上限値(閾値)よりも多い場合には、フィルタ装置410の劣化や異常を車両500の運転手に警告するように構成されていてもよい。センサ駆動部300と車両制御部420には、電源部440から電力が供給される。
The
図1(b)に示すように、微粒子センサ100は、円筒形状の先端部100eを備えており、この先端部100eが排ガス配管402の内側に挿入された状態で、排ガス配管402の外表面に固定されている。ここでは、微粒子センサ100の先端部100eは、排ガス配管402の延伸方向DLに対してほぼ垂直に挿入されている。先端部100eのケーシングCSの表面には、排ガスをケーシングCSの内部に取り込むための流入孔45と、取り込んだ排ガスをケーシングCSの外部に排出するための排出孔35と、が設けられている。排ガス配管402の内部を流通する排ガスの一部は、流入孔45を介して先端部100eのケーシングCSの内部に取り込まれる。取り込まれた排ガス中に含まれる微粒子は、微粒子センサ100が生成するイオン(ここでは、陽イオン)によって帯電される。帯電した微粒子を含む排ガスは、排出孔35を介してケーシングCSの外部に排出される。ケーシングCSの内部の構成や、微粒子センサ100の具体的な構成については後述する。
As shown in FIG. 1B, the
微粒子センサ100の後端部100rには、ケーブル200が取り付けられている。ケーブル200は、第1の配線221と、第2の配線222と、信号線223と、空気供給管224と、を束ねた構成を備えている。第1の配線221、第2の配線222、および、信号線223は、センサ駆動部300に電気的に接続されている。空気供給管224は、空気供給部800に接続されている。
A
センサ駆動部300は、センサ制御部600と、電気回路部700と、空気供給部800とを備えている。センサ制御部600と電気回路部700との間、および、センサ制御部600と空気供給部800との間は、それぞれ電気的に接続されている。
The
センサ制御部600は、マイクロコンピュータを含んでおり、電気回路部700と、空気供給部800とを制御する。また、センサ制御部600は、電気回路部700から入力される信号から排ガス中の微粒子の量を決定し、排ガス中の微粒子量を表す信号を車両制御部420に出力する。
The
電気回路部700は、第1の配線221および第2の配線222を介して、微粒子センサ100を駆動するための電力を供給する。また、電気回路部700には、信号線223を介して、排ガスに含まれる微粒子の量に相関する信号が微粒子センサ100から入力される。電気回路部700は、信号線223から入力される信号を用いて、排ガス中の微粒子量に応じた信号をセンサ制御部600に出力する。これらの信号の具体的な内容については後述する。
The
空気供給部800は、ポンプ(図示しない)を含んでおり、センサ制御部600からの指示に基づいて、空気供給管224を介して、高圧空気を微粒子センサ100に供給する。空気供給部800から供給される高圧空気は、微粒子センサ100による微粒子量測定の際に用いられる。なお、空気供給部800によって空気を供給する代わりに、他の種類のガスを微粒子センサ100に供給してもよい。
The
図2は、微粒子センサ100の先端部100eの概略構成を模式的に示す説明図である。この先端部100eは、ケーシングCSの中に、イオン発生部110と、排ガス帯電部120と、イオン捕捉部130と、を設けた構成を有する。すなわち、ケーシングCS中に、これらの3つの処理部110,120,130がこの順に先端部100eの基端側(図2の上方)から先端側(図2の下方)に向かって、微粒子センサ100の軸線方向に沿って並んでいる。ケーシングCSは、導電性部材によって形成され、信号線223(図1)を介して二次側グランドSGL(図3)に接続されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a schematic configuration of the
イオン発生部110は、排ガス帯電部120に供給するイオン(ここでは陽イオン)を発生させるための処理部であり、イオン発生室111と、第1の電極112とを含んでいる。イオン発生室111は、ケーシングCSの内側に形成された小空間であり、内周面には空気供給孔55とノズル41とが設けられ、内部には第1の電極112が突出した状態で取り付けられている。空気供給孔55は、空気供給管224(図1)と連通しており、空気供給部800(図1)から供給される高圧空気をイオン発生室111に供給する。ノズル41は、排ガス帯電部120との間を区画する隔壁42の中心部付近に設けられた微小孔(オリフィス)であり、イオン発生室111で発生したイオンを排ガス帯電部120の帯電室121に供給する。第1の電極112は、棒状の外形を有し、先端部が隔壁42と近接した状態で、その基端部がセラミックパイプ25を介してケーシングCSに固定されている。第1の電極112は、第1の配線221(図1)を介して電気回路部700(図1)に接続されている。
The
イオン発生部110は、電気回路部700から供給される電力を用いて、第1の電極112を陽極とし、隔壁42を陰極として、直流電圧(例えば、2〜3kV)を印加する。イオン発生部110は、この電圧の印加によって、第1の電極112の先端部と、隔壁42との間にコロナ放電を生じさせることによって、陽イオンPIを発生させる。イオン発生部110において発生した陽イオンPIは、空気供給部800(図1)から供給される高圧空気とともに、ノズル41を介して排ガス帯電部120の帯電室121に噴射される。ノズル41から噴射される空気の噴射速度は音速程度とすることが好ましい。
The
排ガス帯電部120は、排ガスに含まれる微粒子を陽イオンPIによって帯電させるための部位であり、帯電室121を備えている。帯電室121は、イオン発生室111と隣接する小空間であり、ノズル41を介してイオン発生室111と連通している。また、帯電室121は、流入孔45を介して、ケーシングCSの外部と連通し、ガス流路31を介してイオン捕捉部130の捕捉室131と連通している。帯電室121は、ノズル41から陽イオンPIを含む空気が噴射されたときに内部が負圧になり、流入孔45を介してケーシングCSの外部の排ガスが流入するように構成されている。ノズル41から噴射された陽イオンPIを含む空気と、流入孔45から流入した排ガスとは、帯電室121の内部において混合される。このとき、流入孔45から流入した排ガスに含まれる微粒子Sの少なくとも一部には、ノズル41から供給される陽イオンPIが帯電される。帯電した微粒子Sと帯電に供されなかった陽イオンPIとを含む空気は、ガス流路31を介してイオン捕捉部130の捕捉室131に供給される。
The exhaust
イオン捕捉部130は、微粒子Sの帯電に使用されなかったイオンを捕捉するための部位であり、捕捉室131と、第2の電極132とを含んでいる。捕捉室131は、帯電室121と隣接する小空間であり、ガス流路31を介して帯電室121と連通している。また、捕捉室131は、排出孔35を介して、ケーシングCSの外部と連通している。第2の電極132は、上端がテーパー状となった略棒状の外形を備え、長手方向がガス流路31を流通する空気の流通方向(ケーシングCSの延伸方向)に沿うようにしてケーシングCSに固定されている。第2の電極132は、第2の配線222(図1)を介して電気回路部700(図1)に接続されている。第2の電極132には、100V程度の電圧が印加されて、微粒子Sの帯電に供されなかった陽イオンの捕捉を補助する補助電極として機能する。具体的には、イオン捕捉部130には、第2の電極132を陽極とし、帯電室121及び捕捉室131を構成するケーシングCSを陰極とした電圧が印加されている。これにより、微粒子Sの帯電に用いられなかった陽イオンPIは、第2の電極132から斥力を受けて、その進行方向が第2の電極132から離れる方向へと偏向される。進行方向が偏向された陽イオンPIは、陰極として機能する捕捉室131やガス流路31の内周壁に捕捉される。一方、陽イオンPIが帯電された微粒子Sは、陽イオンPIの単体と同様に第2の電極132から斥力を受けるが、質量が陽イオンPIと比べて大きいため、斥力による偏向の度合いが、単体の陽イオンPIに比べて小さい。そのため、帯電した微粒子Sは、排ガスの流れに従って、排出孔35からケーシングCSの外部へと排出される。
The
微粒子センサ100は、イオン捕捉部130における陽イオンPIの捕捉量に応じた電流の変化を示す信号を出力する。センサ制御部600(図1)は、微粒子センサ100から出力された信号に基づいて、排ガス中に含まれる微粒子Sの量を決定する。微粒子センサ100から出力される信号から排ガス中に含まれる微粒子Sの量を決定する方法については後述する。
The
図3は、電気回路部700の概略構成を示すブロック図である。電気回路部700は、一次側電源回路710と、絶縁トランス720と、コロナ電流測定回路730と、測定信号生成回路740と、第1の整流回路751と、第2の整流回路752と、を備えている。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of the
一次側電源回路710は、電源部440から供給される直流電圧を昇圧して絶縁トランス720に供給するとともに、絶縁トランス720を駆動する。一次側電源回路710は、放電電圧制御回路711と、トランス駆動回路712とを備えている。放電電圧制御回路711は、DC/DCコンバータを含んでおり、センサ制御部600の制御によって、絶縁トランス720への供給電圧を任意に変更可能である。この供給電圧の制御は、例えば、第1の配線221を介して微粒子センサ100の第1の電極112に供給される入力電流Iinの電流値が、予め設定された目標電流値(例えば、5μA)となるように行われる。この制御の方法については後述する。これにより、イオン発生部110において、コロナ放電によって発生する陽イオンPIの発生量を一定にすることができる。
The primary
トランス駆動回路712は、絶縁トランス720の一次側のコイルに流れる電流の方向を切り換え可能なスイッチ回路を含んでおり、このスイッチ回路の切り換えによって絶縁トランス720を駆動する。本実施形態では、トランス駆動回路712は、例えばプッシュプル方式の回路として構成されているが、ハーフブリッジ方式やフルブリッジ方式などの他の方式の回路として構成されていてもよい。
The
絶縁トランス720は、一次側電源回路710から供給される電力に対して電圧変換をおこない、変換後の電力(ここでは、交流電力)を二次側の整流回路751、752に供給する。絶縁トランス720は、2次側のコイル構成によって、第1の整流回路751に供給される電力と、第2の整流回路752に供給される電力とに対して、異なる増幅率を設定することが可能である。本実施形態の絶縁トランス720は、一次側のコイルと二次側のコイルとが物理的に接触しておらず、磁気によって結合するように構成されている。絶縁トランス720の一次側の回路としては、一次側電源回路710のほか、センサ制御部600や電源部440が含まれる。絶縁トランス720の二次側の回路としては、微粒子センサ100や整流回路751、752が含まれる。コロナ電流測定回路730と測定信号生成回路740は、絶縁トランス720の一次側の回路と二次側の回路との間に跨がる回路であり、両方の回路にそれぞれ電気的に接続されている。コロナ電流測定回路730は、後述するように、絶縁トランス720の一次側の回路に電気的に接続される回路部分と、二次側の回路に電気的に接続されている回路部分との間が物理的に絶縁されている。ここでは、一次側の回路の基準電位を示すグランド(接地電位)を「一次側グランドPGL」とも呼び、二次側の回路の基準電位を示すグランドを「二次側グランドSGL」とも呼ぶ。絶縁トランス720の一次側のコイルの端部は一次側グランドPGLに接続され、二次側のコイルの端部は二次側グランドSGLに接続されている。微粒子センサ100のケーシングCSは、信号線223及びシャント抵抗230を介して二次側グランドSGLに接続されている。
The
整流回路751、752は、絶縁トランス720から出力された交流電力を直流電力に変換する。第1の整流回路751は、第1の配線221及びショート保護用抵抗753を介して、微粒子センサ100の第1の電極112に接続されている。第1の整流回路751から供給される直流電圧は、微粒子センサ100の第1の電極112における放電電圧にほぼ等しく、第1の整流回路751から供給される直流電流は、第1の電極112に入力される入力電流Iinと同じである。第2の整流回路752は、第2の配線222及びショート保護用抵抗754を介して、微粒子センサ100の第2の電極132に接続されている。
The
コロナ電流測定回路730は、配線761,762を介して信号線223上のシャント抵抗230の両端に接続されており、また、配線763を介してセンサ制御部600に接続されている。コロナ電流測定回路730は、信号線223上をケーシングCSから二次側グランドSGLに向けて流れる電流(Idc+Itrp)の電流値を示す信号Sdc+trpをセンサ制御部600に出力する。ここで「電流値を示す信号」とは、電流値を直接的に示す信号に限定されず、電流値を間接的に示す信号も該当する。例えば、信号から得られる情報に演算式やマップを適用することによって電流値を特定できる信号も「電流値を示す信号」に含まれる。
The corona
センサ制御部600は、コロナ電流測定回路730から入力される信号Sdc+trpに応じて、入力電流Iinの電流値が目標電流値となるように、放電電圧制御回路711を制御する。すなわち、コロナ電流測定回路730とセンサ制御部600は、コロナ電流(=入力電流Iin)の電流値を一定にするための定電流回路を構成する。コロナ電流の電流値は、イオン発生部110における陽イオンPIの発生量と相関するため、この定電流回路によってイオン発生部110における陽イオンPIの発生量が一定に保たれる。
The
測定信号生成回路740は、イオン捕捉部130において捕捉されずに外部に流出した陽イオンPIの電流Iesc(以下、「漏洩電流Iesc」と呼ぶ)相当する電流Icを測定する。測定信号生成回路740は、配線771を介して二次側の信号線223に接続されるとともに、配線772,773を介して一次側のセンサ制御部600に接続される。また、測定信号生成回路740は、配線775を介して一次側グランドPGLに接続されている。測定信号生成回路740は、配線772を介して低感度測定信号SWescをセンサ制御部600に出力し、また、配線773を介して高感度測定信号SSescをセンサ制御部600に出力する。
The measurement
微粒子センサ100の先端部100eを流れる電流相互には、下記(1)式の関係が成り立つ。
Iin=Idc+Itrp+Iesc ・・・(1)
ここで、Iinは第1の電極112の入力電流であり、Idcは隔壁42を介してケーシングCSに流れる放電電流であり、ItrpはケーシングCSに捕捉された陽イオンPIの電荷量に相当する捕捉電流であり、Iescはイオン捕捉部130において捕捉されずに外部に流出した陽イオンPIの電荷量に相当する漏洩電流である。
The relationship of the following formula (1) is established between the currents flowing through the
I in = I dc + I trp + I esc (1)
Here, I in is an input current of the
放電電流Idcと捕捉電流Itrpは、ケーシングCSから信号線223を介して二次側グランドSGLに流れるため、信号線223上のシャント抵抗230にはそれらの合計の電流(Idc+Itrp)が流れる。一方、入力電流Iinは、上述のように、定電流回路によって一定に制御されている。従って、漏洩電流Iescは、入力電流Iinと、シャント抵抗230を流れる電流(Idc+Itrp)との差分に等しい。
Iesc=Iin−(Idc+Itrp) ・・・(2)
Since the discharge current I dc and the trapped current I trp flow from the casing CS to the secondary side ground SGL via the
I esc = I in − (I dc + I trp ) (2)
図4は、測定信号生成回路740の構成を示すブロック図である。測定信号生成回路740は、I−V変換回路742と、I−V変換回路742の後段に設けられた高感度測定回路744とを備える。以下で説明するように、第1実施形態において、I−V変換回路742は低感度測定回路としても機能する。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the measurement
I−V変換回路742は、第1の増幅回路AMP1と、その負帰還抵抗R1とを含む。第1の増幅回路AMP1としてはオペアンプを利用可能である。第1の増幅回路AMP1の反転入力端子は、配線223を介して二次側グランドSGLに接続されている。この配線223は、図3に示すように、微粒子センサのケーシングCSに接続されている。第1の増幅回路AMP1の非反転入力端子には、一次側グランドPGLに対して一定の基準電圧(例えば、0.5V)を与える電源Vrefが接続されている。以下の説明では、この電源Vrefの基準電圧を表す際にも同じ符号「Vref」を用いる。第1の増幅回路AMP1の非反転入力端子に基準電圧Vrefを入力すれば、第1の増幅回路AMP1の2つの入力端子間の電位差を、誤差(バイアス電流やオフセット電圧による誤差等)の生じにくい電位差範囲に近づけるように調整することができる。第1の増幅回路AMP1の反転入力端子には、後に詳述するように、微粒子センサ100の漏洩電流Iesc(図3)に相当する電流Icが流れる。この電流Icは、第1の増幅回路AMP1によって第1の電圧E1に変換される。第1の電圧E1を示す信号SWescは、低感度測定信号として、配線772を介してセンサ制御部600に供給される。
The
第1の増幅回路AMP1の反転入力端子に流れる電流Icが、微粒子センサ100の漏洩電流Iescに相当する電流となる理由は、以下の通りである。漏洩電流Iescが発生すると、二次側グランドSGLの基準電位は、漏洩電流Iescの大きさに応じて、一次側グランドPGLの基準電位よりも低下する。これは、一次側電源回路710(図3)を含む一次側回路から、微粒子センサ100に供給されるエネルギー(電力)と、信号線223を介して微粒子センサ100から出力されるエネルギー(電力)との間に、漏洩電流Iescに対応するエネルギーの差異が生じるためである。漏洩電流Iescの発生により、二次側グランドSGLの基準電位と一次側グランドPGLの基準電位との間に差異が生じると、第1の増幅回路AMP1の反転入力端子には、この差異に応じた補償電流Icが流れる。この補償電流Icは、漏洩電流Iescと電流値が等しく、二次側グランドSGLの基準電位と一次側グランドPGLの基準電位との間の差異を補償する電流である。従って、I−V変換回路742は、この補償電流IcをI−V変換することによって、漏洩電流Iescを表す第1の電圧E1(及び低感度測定信号SWesc)を生成することができる。
The reason why the current Ic flowing through the inverting input terminal of the first amplifier circuit AMP1 becomes a current corresponding to the leakage current Iesc of the
高感度測定回路744は、第2の増幅回路AMP2と、3つの抵抗R2,R3,R4と、オフセット電圧調整回路745とを含む。第2の増幅回路AMP2としてはオペアンプを利用可能である。第2の増幅回路AMP2の非反転入力端子は、I−V変換回路742の出力端子に接続されている。第2の増幅回路AMP2の反転入力端子は、抵抗R2を介してオフセット電圧調整回路745に接続されている。オフセット電圧調整回路745には、配線774を介してセンサ制御部600から、オフセット電圧Voffsetを示す信号レベルを有するオフセット信号Soffsetが供給される。オフセット電圧調整回路745は、このオフセット信号SoffsetをD/A変換(又はデコード)してオフセット電圧Voffsetを出力し、抵抗R2を介して第2の増幅回路AMP2の反転入力端子に供給する。第2の増幅回路AMP2の出力端子は、抵抗R3,R4を介して一次側グランドPGLに接続されている。これらの2つの抵抗R3,R4の間の接点は、第2の増幅回路AMP2の反転入力端子に接続されている。従って、抵抗3は、負帰還抵抗として機能する。この高感度測定回路744は、I−V変換回路742の出力電圧E1を増幅して電圧E2を生成する。この電圧E2を表す信号SSescは、高感度測定信号として、配線773を介してセンサ制御部600に供給される。
The high
2つの増幅回路AMP1,AMP2の出力電圧E1,E2は、以下の式で与えられる。
抵抗値R2〜R4を調整することによって、第2の増幅回路AMP2の増幅率(すなわち、高感度測定回路744の増幅率)を調整することが可能である。例えば、第2の増幅回路AMP2の増幅率を、約103倍に設定することができる。また、後述するように、オフセット電圧Voffsetを調整することによって、高感度測定回路744における補償電流Ic(すなわち漏洩電流Iesc)の測定可能範囲(すなわち微粒子量の測定ウィンドウ)を、シフトさせることが可能である。 By adjusting the resistance values R2 to R4, the amplification factor of the second amplifier circuit AMP2 (that is, the amplification factor of the high sensitivity measurement circuit 744) can be adjusted. For example, the amplification factor of the second amplifier circuit AMP2 can be set to about 10 3 times. Further, as will be described later, by adjusting the offset voltage Voffset, the measurable range of the compensation current Ic (that is, the leakage current Iesc) in the high-sensitivity measurement circuit 744 (that is, the measurement window for the amount of fine particles) can be shifted. It is.
センサ制御部600は、測定信号生成回路740から供給される低感度測定信号SWescと高感度測定信号SSescに基づいて、排ガス中に含まれる微粒子Sの量を決定する。測定信号SSesc(又はSWesc)から排ガス中に含まれる微粒子Sの量を決定する方法としては、例えば、測定信号SSesc(又はSWesc)の電圧値と排ガス中の微粒子Sの量との対応関係が示されているマップを参照する方法や、測定信号SSesc(又はSWesc)の電圧値と排ガス中の微粒子Sの量との関係を示す関係式を用いる方法を利用可能である。
The
センサ制御部600は、アナログ信号としての高感度測定信号SSescおよび低感度測定信号SWescの電圧値を所定の分解能(例えば、8ビット)によってデジタル値に変換する。また、センサ制御部600は、これらの測定信号SSesc,SWescのいずれにおいても電圧値の読み取り可能な範囲(フルスケールの範囲)が同じ大きさとなるように構成されている。
The
高感度測定信号SSescは、低感度測定信号SWescに比べて、漏洩電流Iescの電流値に対する感度(分解能)が高い。例えば、低感度測定信号SWescの1Vが漏洩電流Iescの1nAに相当するのに対して、高感度測定信号SSescの1Vは漏洩電流Iescの1pAに相当する。一方、センサ制御部600における測定信号SSesc,SWescの電圧の分解能(最小識別可能電位差)は等しい(例えば、0.02V)。従って、センサ制御部600の電圧分解能に相当する漏洩電流Iescの電流値は、高感度測定信号SSescでは小さく(例えば、0.02pA)、低感度測定信号SWescでは大きい(例えば、0.02nA)。換言すれば、センサ制御部600は、高感度測定信号SSescに基づいて、低感度測定信号SWescに比べて、漏洩電流Iescのより小さな変動を検出することが可能である。これらの説明からも理解できるように、本明細書において「感度」とは、分解能又は最小測定単位を意味する。すなわち、「高感度」は微粒子量の最小測定単位が小さいことを意味し、「低感度」は微粒子量の最小測定単位が大きいことを意味する。
The high sensitivity measurement signal SSesc has higher sensitivity (resolution) to the current value of the leakage current Iesc than the low sensitivity measurement signal SWesc. For example, 1 V of the low-sensitivity measurement signal SWesc corresponds to 1 nA of the leakage current Iesc, whereas 1 V of the high-sensitivity measurement signal SSesc corresponds to 1 pA of the leakage current Iesc. On the other hand, the voltage resolution (minimum identifiable potential difference) of the measurement signals SSesc and SWesc in the
このように、高感度測定信号SSescから取得できる排ガス中の微粒子量は、低感度測定信号SWescから取得できる排ガス中の微粒子量よりも最小識別可能単位が小さく精度が高い。一方、センサ制御部600の読み取り可能な電圧範囲(例えば、0〜5V)は、低感度測定信号SWescの電圧範囲の全体が含まれるように設定されている。そのため、低感度測定信号SWescよって測定可能な排ガス中の微粒子量の範囲は、高感度測定信号SSescによって測定可能な排ガス中の微粒子量の範囲よりも広く、排ガス中の微粒子量が、低感度測定信号SWescの全電圧範囲に相当する範囲内であれば、その全範囲において微粒子量を測定することができる。
As described above, the amount of particulates in the exhaust gas that can be acquired from the high sensitivity measurement signal SSesc has a smaller minimum identifiable unit and higher accuracy than the amount of particulates in the exhaust gas that can be acquired from the low sensitivity measurement signal SWesc. On the other hand, the readable voltage range (for example, 0 to 5 V) of the
一方、高感度測定信号SSescを用いた場合には、排ガス中の微粒子量がかなり狭い測定ウィンドウ(測定範囲)にある間は、センサ制御部600が微粒子量を決定することが可能であるが、その測定範囲から外れると、第2の増幅回路AMP2の電圧範囲を超えてしまうので、微粒子量を決定できなくなる。そこで、第1実施形態では、以下の処理手順で説明するように、オフセット電圧調整回路745から出力されるオフセット電圧Voffsetを、低感度測定信号SWescの電圧レベルE1に応じて変更することによって、高感度測定信号SSescによる微粒子量の測定ウィンドウを変更する。
On the other hand, when the high-sensitivity measurement signal SSesc is used, the
図5は、第1実施形態における微粒子測定処理の動作の流れを示すフローチャートである。微粒子測定処理が開始されると、ステップS100において、低感度測定が実行され、センサ制御部600が低感度測定信号SWescを受信する。このとき、センサ制御部600は、低感度測定信号SWescの電圧レベルに基づいて微粒子量を算出又は決定してもよい。ステップS110では、センサ制御部600が、低感度測定信号SWescの電圧レベルE1に応じて、高感度測定回路744のオフセット電圧Voffsetを算出する。この際、オフセット電圧Voffsetとしては、第2の増幅回路AMP2から出力される高感度測定回路744の出力電圧E2が、第2の増幅回路AMP2の出力電圧範囲内の所定の値(例えば中央値)になるように決定される。例えば、第2の増幅回路AMP2の出力電圧範囲の下限値がVminであり、上限値がVmaxの場合には、出力電圧E2が(Vmin+Vmax)/2に等しくなるようにオフセット電圧Voffsetを算出することができる。このようなオフセット電圧Voffsetの計算は、オフセット電圧Voffsetと2つの電圧E1,E2の間の既知の関係式(例えば上記(3b)式)を使用して実行可能である。
FIG. 5 is a flowchart showing a flow of operations of the particle measurement processing in the first embodiment. When the fine particle measurement process is started, low sensitivity measurement is executed in step S100, and the
ステップS120では、センサ制御部600が、算出されたオフセット電圧Voffsetを表す信号レベルを有するオフセット信号Soffsetを、オフセット電圧調整回路745に出力する。オフセット電圧調整回路745は、このよってオフセット信号SoffsetをD/A変換(又はデコード)してオフセット電圧Voffsetを出力し、抵抗R2を介して第2の増幅回路AMP2の反転入力端子に供給する。ステップS130では、高感度測定が実行され、センサ制御部600が高感度測定信号SSescを受信する。ステップS140では、センサ制御部600が、高感度測定信号SSescに基づいて、微粒子量を算出又は決定する。上述したように、高感度測定では、高感度測定信号SSescの電圧レベルE2が、第2の増幅回路AMP2の出力電圧範囲に収まるように決定されているので、センサ制御部600は、高感度測定信号SSescに応じて微粒子量を高感度に決定可能である。ステップS150では、微粒子測定を終了するか否かが判定され、終了が指示されるまでステップS100〜S150が繰り返し実行される。ステップS100〜S150の繰り返し周期は、例えば1ms〜2msに設定可能である。
In step S120, the
図6は、低感度測定範囲と高感度測定範囲との関係を示す説明図である。図6の横軸は微粒子量であり、縦軸は増幅回路AMP1,AMP2の出力電圧レベルである。低感度測定信号SWescに基づいて測定可能な微粒子量の範囲(低感度測定の測定ウィンドウ)は、0〜Mmaxにわたる広い範囲である。一方、高感度測定信号SWescに基づいて測定可能な微粒子量の範囲(高感度測定の測定ウィンドウ)は、低感度測定の測定ウィンドウ0〜Mmaxの極く一部の範囲(例えば1/1000の範囲)である。そこで、前述した図5の手順に従ってオフセット電圧Voffsetを調整し、高感度測定の測定ウィンドウを適応的に移動させることによって、その時点の微粒子量に関わらず、高感度に微粒子量を測定することが可能となる。 FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the low sensitivity measurement range and the high sensitivity measurement range. The horizontal axis in FIG. 6 is the amount of fine particles, and the vertical axis is the output voltage level of the amplifier circuits AMP1 and AMP2. The range of the amount of fine particles that can be measured based on the low sensitivity measurement signal SWesc (measurement window for low sensitivity measurement) is a wide range from 0 to Mmax. On the other hand, the range of the amount of fine particles that can be measured based on the high-sensitivity measurement signal SWesc (measurement window for high-sensitivity measurement) is a very small range of measurement windows 0 to Mmax for low-sensitivity measurement (for example, a 1/1000 range) ). Therefore, by adjusting the offset voltage Voffset according to the procedure of FIG. 5 described above and adaptively moving the measurement window for high sensitivity measurement, the amount of fine particles can be measured with high sensitivity regardless of the amount of fine particles at that time. It becomes possible.
以上説明した第1実施形態の微粒子測定システムによれば、低感度測定信号SWescの電圧レベルに応じて高感度測定信号SSescの測定ウィンドウを適応的に移動させることによって、微粒子量が多いか少ないかに関わらず、高感度に微粒子量を測定することが可能となる。また、高感度測定信号の測定ウィンドウの調整を、増幅回路AMP2の入力端子に供給されるオフセット電圧Voffsetの調整によって実行するので、簡易な回路構成で測定ウィンドウの調整を行うことが可能である。さらに、第1実施形態では、センサ制御部600が、低感度測定信号SWescの電圧レベルに基づいて決定された信号レベルを有するオフセット信号Soffsetをオフセット電圧調整回路745に供給することによって、オフセット電圧調整回路745にオフセット電圧Voffsetを調整させて、高感度測定信号SSescの測定ウィンドウを適応的に変更するので、測定ウィンドウの調整を正確に行うことが可能である。また、イオン発生部110から発生されたイオンの量と、捕捉部130に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流に基づいて、低感度測定信号SWescと高感度測定信号SSescを生成するので、ガス中の微粒子が微量であっても精度の良い測定が可能である。
According to the fine particle measurement system of the first embodiment described above, whether the amount of fine particles is large or small by adaptively moving the measurement window of the high sensitivity measurement signal SSesc according to the voltage level of the low sensitivity measurement signal SWesc. Regardless, the amount of fine particles can be measured with high sensitivity. Further, since the adjustment of the measurement window of the high sensitivity measurement signal is executed by adjusting the offset voltage Voffset supplied to the input terminal of the amplifier circuit AMP2, the measurement window can be adjusted with a simple circuit configuration. Furthermore, in the first embodiment, the
B.第2実施形態:
図7は、第2実施形態における測定信号生成回路740aの構成を示すブロック図である。この測定信号生成回路740aは、図4の回路に、低感度測定回路746を追加したものであり、他の構成は図4の回路と同一である。低感度測定回路746は、I−V変換回路742の出力端子と、センサ制御部600との間の配線772上に設けられた第3の増幅回路AMP3を有している。第3の増幅回路AMP3は、第1の増幅回路AMP1の出力電圧E1を増幅して、低感度測定信号SWescとしてセンサ制御部600に供給する。なお、第3の増幅回路AMP3用の各種の抵抗は、図示が省略されている。第3の増幅回路AMP3の増幅度は任意であり、例えば、増幅度を1.0としてもよく、或いは、1を越える値に設定しても良い。但し、第3の増幅回路AMP3の増幅度は、高感度測定回路744の第2の増幅回路AMP2の増幅度よりも小さな値に設定される。
B. Second embodiment:
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the measurement
この第2実施形態における測定処理の手順は、上述した第1実施形態と同じである。また、この第2実施形態も、上述した第1実施形態と同様の効果を奏する。なお、第1及び第2実施形態から理解できるように、低感度測定信号としては、I−V変換回路742の出力電圧E1と等しい電圧、又は、その出力電圧E1を高感度測定回路744における増幅度よりも小さな増幅度で増幅した電圧を使用することが可能である。
The procedure of the measurement process in the second embodiment is the same as that of the first embodiment described above. The second embodiment also has the same effect as the first embodiment described above. As can be understood from the first and second embodiments, as the low sensitivity measurement signal, the voltage equal to the output voltage E1 of the
C.第3実施形態:
図8は、第3実施形態における測定信号生成回路740bの構成を示すブロック図である。この測定信号生成回路740bは、図4の回路から、高感度測定回路744にスイッチSW1を追加した点と、配線772を省略した点と、の2点を変更しただけであり、他の構成は図4の回路と同一である。スイッチSW1は、負帰還抵抗R3に並列に接続されている。センサ制御部600は、スイッチSW1のオン/オフを切り換えることにより、負帰還抵抗R3が有効な状態と、負帰還抵抗R3が無い状態(負帰還抵抗がゼロの状態)とを切り換えることができる。
C. Third embodiment:
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of the measurement
スイッチSW1がオン状態である場合には、図8の高感度測定回路744bの増幅度は1.0になる。これは、上述した(3b)式にR3=0を代入することによって確かめられる。従って、この第1の動作モード(低感度測定モード)では、高感度測定回路744bの出力電圧E2は、I−V変換回路742の出力電圧E1に等しいので、高感度測定回路744bを用いて低感度測定を行うことが可能である。一方、スイッチSW1がオフ状態(図8の状態)である場合には、図8の高感度測定回路744bは、図4の高感度測定回路744と等価である。従って、この第2の動作モード(高感度測定モード)では、高感度測定回路744bを用いて高感度測定を行うことが可能である。例えば、図5の処理手順のステップS100ではスイッチSW1のオン、オフ状態を切り換えて上述した第1の動作モードに設定し、また、ステップS130ではスイッチSW1のオン、オフ状態を切り換えて上述した第2の動作モード(図8の状態)に設定することによって、低感度測定と高感度測定をそれぞれ実行可能である。換言すれば、第3実施形態では、高感度測定回路744bが低感度測定回路としても機能し、増幅回路AMP2における増幅度を変更するだけで、低感度測定信号SWescと高感度測定信号SSescを必要に応じて適宜生成することが可能である。なお、上述した第1の動作モード(低感度測定モード)における増幅度は、第2の動作モード(高感度測定モード)における増幅度よりも小さい値に設定される。図8の例では、第1の動作モードにおける増幅度は1.0であるが、1.0以外の値に設定するようにしてもよい。
When the switch SW1 is in the on state, the amplification degree of the high
この第3実施形態における測定処理の手順は、スイッチSW1の切り換え以外は、上述した第1実施形態と同じである。なお、増幅回路AMP2の増幅度を変更するための回路構成は、図8に示したもの以外の種々の構成を採用可能である。 The procedure of the measurement process in the third embodiment is the same as that of the first embodiment described above except for the switching of the switch SW1. As the circuit configuration for changing the amplification degree of the amplifier circuit AMP2, various configurations other than those shown in FIG. 8 can be adopted.
この第3実施形態も、上述した第1実施形態と同様の効果を奏する。また、第3実施形態では、同じ増幅回路AMP2を用いて低感度測定信号SWescと高感度測定信号SSescを出力するので、増幅回路の違いに起因する測定信号の誤差の発生を低減することができる。なお、第1〜第3実施形態から理解できるように、測定信号生成回路は、低感度測定回路と高感度測定回路とを別々に有する必要は無いが、低感度測定信号と高感度測定信号とを生成可能な回路構成を有していることが好ましい。 The third embodiment also has the same effect as the first embodiment described above. In the third embodiment, since the low-sensitivity measurement signal SWesc and the high-sensitivity measurement signal SSesc are output using the same amplifier circuit AMP2, it is possible to reduce the occurrence of measurement signal errors due to differences in the amplifier circuits. . As can be understood from the first to third embodiments, the measurement signal generation circuit does not need to have the low sensitivity measurement circuit and the high sensitivity measurement circuit separately, but the low sensitivity measurement signal and the high sensitivity measurement signal It is preferable to have a circuit configuration capable of generating
D.変形例:
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
D. Variations:
In addition, this invention is not restricted to said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can be implemented in a various aspect, For example, the following deformation | transformation is also possible.
・変形例1:
第1実施形態において説明した微粒子測定システム10の構成は例示であり、本発明は、第1実施形態で示した微粒子測定システム10以外の構成によっても実現することができる。例えば、微粒子測定システム10は、第2の電極132を備えていなくてもよい。また、微粒子測定システム10は、イオン発生部110が微粒子センサ100の内側ではなく、微粒子センサ100とは別体として構成されていてもよい。さらに、第1の電極112を隔壁42の先後を貫くように帯電室121内に配置させ、第1の電極112の先端部と帯電室121の内壁面との間にコロナ放電を生じさせるようにしてもよい。この場合には、イオン発生部110と排ガス帯電部120とは一体化されることになる。また、測定電流生成回路740は、微粒子量を示す信号を生成できるものであれば良く、上述した各実施形態で説明した構成以外の種々の構成を採用することが可能である。
・ Modification 1:
The configuration of the
・変形例2:
上述した実施形態の微粒子測定システム10は、コロナ放電により第1の電極112と隔壁42との間で陽イオンを発生させる構成としたが、微粒子測定システム10は、コロナ放電により陰イオンを発生させる構成としてもよい。例えば、第1の電極112、隔壁42の正負の接続先を変更することにより、第1の電極112と隔壁42との間で陰イオンを発生させることができる。
Modification 2
The fine
10…微粒子測定システム
25…セラミックパイプ
31…ガス流路
35…排出孔
41…ノズル
42…隔壁
45…流入孔
55…空気供給孔
100…微粒子センサ
110…イオン発生部
111…イオン発生室
112…第1の電極
120…排ガス帯電部
121…帯電室
130…イオン捕捉部
131…捕捉室
132…第2の電極
200…ケーブル
221…第1の配線
222…第2の配線
223…信号線
224…空気供給管
230…シャント抵抗
300…センサ駆動部
400…内燃機関
402…排ガス配管
405…燃料配管
410…フィルタ装置
420…車両制御部
430…燃料供給部
440…電源部
500…車両
600…センサ制御部
700…電気回路部
710…一次側電源回路
711…放電電圧制御回路
712…トランス駆動回路
720…絶縁トランス
730…コロナ電流測定回路
740…測定信号生成回路
745…オフセット電圧調整回路
751,752…整流回路
753,754…ショート保護用抵抗
771〜774…配線
800…空気供給部
AMP1〜3…増幅回路(オペアンプ)
CS…ケーシング
PGL…一次側グランド
R1〜R4…抵抗
SW,SW1…スイッチ
SGL…二次側グランド
Vref…基準電圧
Voffset…オフセット電圧
DESCRIPTION OF
CS ... Casing PGL ... Primary side ground R1-R4 ... Resistance SW, SW1 ... Switch SGL ... Secondary side ground Vref ... Reference voltage Voffset ... Offset voltage
Claims (6)
前記測定信号生成回路は、前記微粒子量を低感度で表す低感度測定信号と、前記微粒子量を前記低感度測定信号よりも高感度で表す高感度測定信号と、を生成可能であり、
前記微粒子測定システムは、前記低感度測定信号の電圧レベルに応じて、前記測定信号生成回路における前記高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更するセンサ制御部を備える、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 A particle measurement system including a measurement signal generation circuit that generates a measurement signal indicating the amount of particles in a gas,
The measurement signal generation circuit is capable of generating a low sensitivity measurement signal that represents the amount of fine particles with low sensitivity and a high sensitivity measurement signal that represents the amount of fine particles with higher sensitivity than the low sensitivity measurement signal.
The fine particle measurement system includes a sensor control unit that adaptively changes a measurement window of the high sensitivity measurement signal in the measurement signal generation circuit according to a voltage level of the low sensitivity measurement signal.
A fine particle measuring system characterized by that.
コロナ放電によってイオンを発生させるイオン発生部と、
ガス中の少なくとも一部の微粒子を、前記イオンを用いて帯電させるための帯電室と、
前記微粒子の帯電に使用されなかった前記イオンの少なくとも一部を捕捉する捕捉部と、を備え、
前記測定信号生成回路は、前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流値に基づいて、前記低感度測定信号と前記高感度測定信号を生成する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 1, further comprising:
An ion generator that generates ions by corona discharge;
A charging chamber for charging at least some of the fine particles in the gas using the ions;
A capturing unit that captures at least a part of the ions that were not used for charging the fine particles,
The measurement signal generation circuit includes the low-sensitivity measurement signal and the high-sensitivity signal based on a current value corresponding to a difference between the amount of ions generated from the ion generation unit and the amount of ions captured by the capture unit. Generate a sensitivity measurement signal,
A fine particle measuring system characterized by that.
前記測定信号生成回路は、
前記イオン発生部から発生されたイオンの量と、前記捕捉部に捕捉されたイオンの量との差分に相当する電流を電圧に変更するI−V変換回路と、
前記I−V変換回路の出力電圧を第1の増幅度で増幅する高感度測定回路と、
を備え、
前記測定信号生成回路は、
(i)前記I−V変換回路の出力電圧に等しい第1の電圧、又は、前記第1の電圧を前記第1の増幅度よりも小さな第2の増幅度で増幅した第2の電圧を、前記低感度測定信号として出力し、
(ii)前記高感度測定回路の出力電圧を前記高感度測定信号として出力する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 2,
The measurement signal generation circuit includes:
An IV conversion circuit that changes a current corresponding to a difference between the amount of ions generated from the ion generation unit and the amount of ions captured by the capture unit into a voltage;
A high-sensitivity measurement circuit that amplifies the output voltage of the IV conversion circuit with a first amplification degree;
With
The measurement signal generation circuit includes:
(I) a first voltage equal to an output voltage of the IV conversion circuit, or a second voltage obtained by amplifying the first voltage with a second amplification factor smaller than the first amplification factor, Output as the low sensitivity measurement signal,
(Ii) outputting the output voltage of the high sensitivity measurement circuit as the high sensitivity measurement signal;
A fine particle measuring system characterized by that.
前記高感度測定回路は、
第1と第2の入力端子を有し、前記第1の入力端子に供給される前記低感度測定信号を増幅して前記高感度測定信号を生成する増幅回路と、
前記増幅回路の前記第2の入力端子に供給するオフセット電圧を変更可能なオフセット電圧調整回路と、
を備え、
前記センサ制御部は、前記低感度測定信号の電圧レベルに基づいて決定された信号レベルを有するオフセット信号を前記オフセット電圧調整回路に供給することによって、前記オフセット電圧調整回路に前記オフセット電圧を調整させて、前記高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 3,
The high sensitivity measurement circuit includes:
An amplifier circuit having first and second input terminals, amplifying the low sensitivity measurement signal supplied to the first input terminal to generate the high sensitivity measurement signal;
An offset voltage adjustment circuit capable of changing an offset voltage supplied to the second input terminal of the amplifier circuit;
With
The sensor control unit causes the offset voltage adjustment circuit to adjust the offset voltage by supplying the offset voltage adjustment circuit with an offset signal having a signal level determined based on the voltage level of the low sensitivity measurement signal. Adaptively changing the measurement window of the high-sensitivity measurement signal,
A fine particle measuring system characterized by that.
前記測定信号生成回路は、
第1と第2の入力端子を有し、前記第1の入力端子に供給される前記低感度測定信号を増幅して前記高感度測定信号を生成する増幅回路と、
前記増幅回路の前記第2の入力端子に供給するオフセット電圧を変更可能なオフセット電圧調整回路と、
を備え、
前記センサ制御部は、前記低感度測定信号の電圧レベルに基づいて決定された信号レベルを有するオフセット信号を前記オフセット電圧調整回路に供給することによって、前記オフセット電圧調整回路に前記オフセット電圧を調整させて、前記高感度測定信号の測定ウィンドウを適応的に変更する、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 1 or 2,
The measurement signal generation circuit includes:
An amplifier circuit having first and second input terminals, amplifying the low sensitivity measurement signal supplied to the first input terminal to generate the high sensitivity measurement signal;
An offset voltage adjustment circuit capable of changing an offset voltage supplied to the second input terminal of the amplifier circuit;
With
The sensor control unit causes the offset voltage adjustment circuit to adjust the offset voltage by supplying the offset voltage adjustment circuit with an offset signal having a signal level determined based on the voltage level of the low sensitivity measurement signal. Adaptively changing the measurement window of the high-sensitivity measurement signal,
A fine particle measuring system characterized by that.
前記センサ制御部は、前記増幅回路の増幅度を変更することによって、前記増幅回路から前記低感度測定信号を出力する第1の動作モードと、前記増幅回路から前記高感度測定信号を出力する第2の動作モードと、を切り換える、
ことを特徴とする微粒子測定システム。 The fine particle measurement system according to claim 4 or 5,
The sensor control unit changes a degree of amplification of the amplifier circuit, thereby outputting a first operation mode for outputting the low sensitivity measurement signal from the amplifier circuit, and a first operation mode for outputting the high sensitivity measurement signal from the amplifier circuit. Switch between two operation modes,
A fine particle measuring system characterized by that.
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