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 (Patent Documents 1 and 2). This fine particle measurement system generates ions by corona discharge, charges the fine particles in the exhaust gas by the generated ions, captures ions that are not used for charging the fine particles, and based on the amount of captured ions (reverse) In other words, the amount of particulates in the exhaust gas is measured (based on the amount of ions charged and not captured by the particulates). The amount of captured ions correlates with the amount of ions used for charging, and the amount of ions used for charging correlates with the amount of particulates in the exhaust gas. The amount of particulates in the exhaust gas stream can be measured from the amount.

特開2012−220423号公報JP 2012-220423 A 特表2012−194078号公報Special table 2012-194078

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.

第1実施形態における微粒子測定システムの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the fine particle measurement system in 1st Embodiment. 微粒子センサの先端部の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the front-end | tip part of a microparticle sensor. 電気回路部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of an electric circuit part. 第1実施形態の測定信号生成回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the measurement signal generation circuit of 1st Embodiment. 微粒子測定処理の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of a microparticle measurement process. 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。It is explanatory drawing which shows the relationship between a low sensitivity measurement range and a high sensitivity measurement range. 第2実施形態の測定信号生成回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the measurement signal generation circuit of 2nd Embodiment. 第3実施形態の測定信号生成回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the measurement signal generation circuit of 3rd Embodiment.

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 vehicle 500 on which the particulate measurement system 10 is mounted. FIG. 1B is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of the particulate measurement system 10 attached to the vehicle 500. The particulate measurement system 10 includes a particulate sensor 100, a cable 200, and a sensor driving unit 300, and measures the amount of particulates such as soot contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine 400. The internal combustion engine 400 is a power source of the vehicle 500 and is configured by a diesel engine or the like.

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 particulate sensor 100 is attached to an exhaust gas pipe 402 extending from the internal combustion engine 400, and is electrically connected to the sensor driving unit 300 by a cable 200. In the present embodiment, the particulate sensor 100 is attached to the exhaust gas pipe 402 on the downstream side of the filter device 410 (for example, DPF (Diesel particulate filter)). The fine particle sensor 100 outputs a signal correlated with the amount of fine particles contained in the exhaust gas to the sensor driving unit 300.

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 sensor driving unit 300 drives the particulate sensor 100 and measures the amount of particulates in the exhaust gas based on a signal input from the particulate sensor 100. In the present embodiment, the “amount of fine particles” is measured as a value proportional to the total mass of fine particles in the exhaust gas. However, the “amount of fine particles” may be measured as a value proportional to the total surface area of the fine particles, or may be measured as a value proportional to the number of fine particles contained in the unit volume of the exhaust gas. The sensor driving unit 300 outputs a signal indicating the detected amount of fine particles in the exhaust gas to the vehicle control unit 420. The vehicle control unit 420 determines the combustion state of the internal combustion engine 400, the amount of fuel supplied from the fuel supply unit 430 to the internal combustion engine 400 via the fuel pipe 405, and the like in accordance with a signal input from the sensor drive unit 300. To control. The vehicle control unit 420 is configured to warn the driver of the vehicle 500 of deterioration or abnormality of the filter device 410, for example, when the amount of fine particles in the exhaust gas is larger than a predetermined upper limit (threshold value). Also good. Electric power is supplied from the power supply unit 440 to the sensor driving unit 300 and the vehicle control unit 420.

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 particulate sensor 100 includes a cylindrical tip 100e. The tip 100e is inserted on the inside of the exhaust gas pipe 402 on the outer surface of the exhaust gas pipe 402. It is fixed. Here, the tip 100e of the particulate sensor 100 is inserted substantially perpendicular to the extending direction DL of the exhaust gas pipe 402. On the surface of the casing CS of the distal end portion 100e, an inflow hole 45 for taking in the exhaust gas into the casing CS and an exhaust hole 35 for discharging the taken in exhaust gas to the outside of the casing CS are provided. Part of the exhaust gas flowing through the exhaust gas pipe 402 is taken into the casing CS of the tip portion 100e through the inflow hole 45. The fine particles contained in the taken-in exhaust gas are charged by ions (here, cations) generated by the fine particle sensor 100. The exhaust gas containing the charged fine particles is discharged to the outside of the casing CS through the discharge hole 35. The internal configuration of the casing CS and the specific configuration of the particulate sensor 100 will be described later.

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 cable 200 is attached to the rear end portion 100r of the particle sensor 100. The cable 200 has a configuration in which a first wiring 221, a second wiring 222, a signal line 223, and an air supply pipe 224 are bundled. The first wiring 221, the second wiring 222, and the signal line 223 are electrically connected to the sensor driving unit 300. The air supply pipe 224 is connected to the air supply unit 800.

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 sensor driving unit 300 includes a sensor control unit 600, an electric circuit unit 700, and an air supply unit 800. The sensor control unit 600 and the electric circuit unit 700 and the sensor control unit 600 and the air supply unit 800 are electrically connected, respectively.

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 sensor control unit 600 includes a microcomputer and controls the electric circuit unit 700 and the air supply unit 800. The sensor control unit 600 determines the amount of particulates in the exhaust gas from the signal input from the electric circuit unit 700 and outputs a signal representing the amount of particulates in the exhaust gas to the vehicle control unit 420.

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 electric circuit unit 700 supplies power for driving the particle sensor 100 via the first wiring 221 and the second wiring 222. In addition, a signal that correlates with the amount of fine particles contained in the exhaust gas is input from the fine particle sensor 100 to the electric circuit unit 700 via the signal line 223. The electric circuit unit 700 outputs a signal corresponding to the amount of fine particles in the exhaust gas to the sensor control unit 600 using a signal input from the signal line 223. Specific contents of these signals will be described later.

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 air supply unit 800 includes a pump (not shown), and supplies high-pressure air to the particulate sensor 100 via the air supply pipe 224 based on an instruction from the sensor control unit 600. The high-pressure air supplied from the air supply unit 800 is used when measuring the amount of fine particles by the fine particle sensor 100. Instead of supplying air by the air supply unit 800, another type of gas may be supplied to the particle sensor 100.

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 tip 100e of the particle sensor 100. As shown in FIG. The distal end portion 100e has a configuration in which an ion generation unit 110, an exhaust gas charging unit 120, and an ion trapping unit 130 are provided in a casing CS. That is, in the casing CS, the three processing units 110, 120, and 130 are arranged in this order from the base end side (upper side in FIG. 2) to the front end side (lower side in FIG. 2) of the tip end part 100e. Are lined up along the axial direction. The casing CS is formed of a conductive member, and is connected to the secondary side ground SGL (FIG. 3) via the signal line 223 (FIG. 1).

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 ion generation unit 110 is a processing unit for generating ions (here, cations) to be supplied to the exhaust gas charging unit 120, and includes an ion generation chamber 111 and a first electrode 112. The ion generation chamber 111 is a small space formed inside the casing CS. The air supply hole 55 and the nozzle 41 are provided on the inner peripheral surface, and the first electrode 112 protrudes inside. It has been. The air supply hole 55 communicates with the air supply pipe 224 (FIG. 1) and supplies high-pressure air supplied from the air supply unit 800 (FIG. 1) to the ion generation chamber 111. The nozzle 41 is a minute hole (orifice) provided in the vicinity of the central portion of the partition wall 42 that partitions the exhaust gas charging unit 120, and ions generated in the ion generation chamber 111 enter the charging chamber 121 of the exhaust gas charging unit 120. Supply. The first electrode 112 has a rod-like outer shape, and a base end portion thereof is fixed to the casing CS via the ceramic pipe 25 in a state in which the tip end portion is close to the partition wall 42. The first electrode 112 is connected to the electric circuit portion 700 (FIG. 1) via the first wiring 221 (FIG. 1).

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 ion generator 110 applies a DC voltage (for example, 2 to 3 kV) using the power supplied from the electric circuit unit 700 with the first electrode 112 as an anode and the partition wall 42 as a cathode. The ion generator 110 generates a positive ion PI by generating a corona discharge between the tip of the first electrode 112 and the partition wall 42 by applying this voltage. The positive ions PI generated in the ion generation unit 110 are jetted into the charging chamber 121 of the exhaust gas charging unit 120 through the nozzle 41 together with the high-pressure air supplied from the air supply unit 800 (FIG. 1). It is preferable that the jet speed of the air jetted from the nozzle 41 is about the speed of sound.

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 gas charging unit 120 is a part for charging fine particles contained in the exhaust gas with the cation PI, and includes a charging chamber 121. The charging chamber 121 is a small space adjacent to the ion generation chamber 111 and communicates with the ion generation chamber 111 via the nozzle 41. The charging chamber 121 communicates with the outside of the casing CS via the inflow hole 45 and communicates with the trapping chamber 131 of the ion trapping unit 130 via the gas flow path 31. The charging chamber 121 is configured such that when air containing positive ions PI is ejected from the nozzle 41, the inside becomes negative pressure, and exhaust gas outside the casing CS flows through the inflow hole 45. The air containing the cation PI ejected from the nozzle 41 and the exhaust gas flowing in from the inflow hole 45 are mixed inside the charging chamber 121. At this time, the cation PI supplied from the nozzle 41 is charged to at least a part of the fine particles S contained in the exhaust gas flowing in from the inflow hole 45. The air containing the charged fine particles S and the cations PI that have not been charged is supplied to the trapping chamber 131 of the ion trap 130 via the gas flow path 31.

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 ion trap 130 is a part for trapping ions that have not been used for charging the fine particles S, and includes a trap chamber 131 and a second electrode 132. The capture chamber 131 is a small space adjacent to the charging chamber 121 and communicates with the charging chamber 121 via the gas flow path 31. Further, the capture chamber 131 communicates with the outside of the casing CS via the discharge hole 35. The second electrode 132 has a substantially rod-shaped outer shape whose upper end is tapered, and the longitudinal direction of the second electrode 132 is in the casing CS such that the longitudinal direction is along the flow direction of the air flowing through the gas flow path 31 (the extending direction of the casing CS). It is fixed. The second electrode 132 is connected to the electric circuit portion 700 (FIG. 1) via the second wiring 222 (FIG. 1). A voltage of about 100 V is applied to the second electrode 132 and functions as an auxiliary electrode that assists in capturing positive ions that have not been charged by the fine particles S. Specifically, a voltage is applied to the ion trap 130 with the second electrode 132 as an anode and the casing CS constituting the charging chamber 121 and the trap chamber 131 as a cathode. As a result, the positive ions PI that have not been used for charging the fine particles S receive a repulsive force from the second electrode 132 and are deflected in a direction away from the second electrode 132. The positive ions PI whose traveling direction is deflected are captured by the capture chamber 131 functioning as a cathode and the inner peripheral wall of the gas flow path 31. On the other hand, the fine particles S charged with the cation PI receive a repulsive force from the second electrode 132 in the same manner as the simple cation PI. However, since the mass is larger than that of the cation PI, the degree of deflection due to the repulsive force is Smaller than a single cation PI. Therefore, the charged fine particles S are discharged from the discharge hole 35 to the outside of the casing CS according to the flow of the exhaust gas.

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 fine particle sensor 100 outputs a signal indicating a change in current according to the amount of positive ions PI captured by the ion capturing unit 130. The sensor control unit 600 (FIG. 1) determines the amount of fine particles S contained in the exhaust gas based on the signal output from the fine particle sensor 100. A method for determining the amount of the particulate S contained in the exhaust gas from the signal output from the particulate sensor 100 will be described later.

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 electric circuit unit 700. The electric circuit unit 700 includes a primary power supply circuit 710, an insulating transformer 720, a corona current measurement circuit 730, a measurement signal generation circuit 740, a first rectifier circuit 751, and a second rectifier circuit 752. ing.

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 power supply circuit 710 boosts the DC voltage supplied from the power supply unit 440 and supplies the boosted DC voltage to the insulation transformer 720 and drives the insulation transformer 720. The primary power supply circuit 710 includes a discharge voltage control circuit 711 and a transformer drive circuit 712. The discharge voltage control circuit 711 includes a DC / DC converter, and the supply voltage to the insulation transformer 720 can be arbitrarily changed under the control of the sensor control unit 600. The control of the supply voltage, for example, the current value of the input current I in supplied to the first electrode 112 of the fine particle sensor 100 through the first wiring 221, a preset target current value (e.g., 5 .mu.A ) Is performed. This control method will be described later. Thereby, in the ion generation part 110, the generation amount of the cation PI generated by corona discharge can be made constant.

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 transformer drive circuit 712 includes a switch circuit capable of switching the direction of the current flowing through the primary coil of the insulation transformer 720, and drives the insulation transformer 720 by switching the switch circuit. In this embodiment, the transformer drive circuit 712 is configured as a push-pull circuit, for example, but may be configured as a circuit of another system such as a half-bridge system or a full-bridge system.

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 insulation transformer 720 performs voltage conversion on the power supplied from the primary side power supply circuit 710 and supplies the converted power (here, AC power) to the secondary side rectifier circuits 751 and 752. The insulation transformer 720 can set different amplification factors for the power supplied to the first rectifier circuit 751 and the power supplied to the second rectifier circuit 752 depending on the secondary coil configuration. Is possible. The insulation transformer 720 of this embodiment is configured such that the primary side coil and the secondary side coil are not in physical contact and are coupled magnetically. The primary side circuit of the insulating transformer 720 includes the sensor control unit 600 and the power supply unit 440 in addition to the primary side power supply circuit 710. The secondary side circuit of the insulating transformer 720 includes the particle sensor 100 and rectifier circuits 751 and 752. The corona current measurement circuit 730 and the measurement signal generation circuit 740 are circuits that extend between the primary side circuit and the secondary side circuit of the isolation transformer 720, and are electrically connected to both circuits, respectively. . As will be described later, the corona current measurement circuit 730 has a gap between a circuit portion electrically connected to the primary side circuit of the isolation transformer 720 and a circuit portion electrically connected to the secondary side circuit. It is physically insulated. Here, the ground (ground potential) indicating the reference potential of the primary side circuit is also referred to as “primary side ground PGL”, and the ground indicating the reference potential of the secondary side circuit is also referred to as “secondary side ground SGL”. The end of the primary side coil of the insulating transformer 720 is connected to the primary side ground PGL, and the end of the secondary side coil is connected to the secondary side ground SGL. The casing CS of the particle sensor 100 is connected to the secondary side ground SGL via the signal line 223 and the shunt resistor 230.

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 rectifier circuits 751 and 752 convert the AC power output from the insulating transformer 720 into DC power. The first rectifier circuit 751 is connected to the first electrode 112 of the particle sensor 100 via the first wiring 221 and the short protection resistor 753. The DC voltage supplied from the first rectifier circuit 751 is substantially equal to the discharge voltage at the first electrode 112 of the particle sensor 100, and the DC current supplied from the first rectifier circuit 751 is applied to the first electrode 112. It is the same as the input current I in inputted. The second rectifier circuit 752 is connected to the second electrode 132 of the particle sensor 100 via the second wiring 222 and the short protection resistor 754.

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 current measurement circuit 730 is connected to both ends of the shunt resistor 230 on the signal line 223 through wirings 761 and 762, and is connected to the sensor control unit 600 through the wiring 763. The corona current measurement circuit 730 outputs a signal S dc + trp indicating the current value of the current (I dc + I trp ) flowing on the signal line 223 from the casing CS toward the secondary side ground SGL to the sensor control unit 600. Here, the “signal indicating the current value” is not limited to a signal directly indicating the current value, but also a signal indirectly indicating the current value. For example, a signal that can specify a current value by applying an arithmetic expression or a map to information obtained from the signal is also included in the “signal indicating the current value”.

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 sensor control unit 600, in response to the signal S dc + trp inputted from the corona current measuring circuit 730, the current value of the input current I in is such that the target current value, to control the discharge voltage control circuit 711. That is, the corona current measurement circuit 730 and the sensor control unit 600 constitute a constant current circuit for making the current value of the corona current (= input current I in ) constant. Since the current value of the corona current correlates with the amount of cations PI generated in the ion generator 110, the constant current circuit keeps the amount of cations PI generated in the ion generator 110 constant.

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 signal generation circuit 740 measures a current Ic corresponding to the current Iesc (hereinafter referred to as “leakage current Iesc”) of the positive ion PI that has flown outside without being captured by the ion trap 130. The measurement signal generation circuit 740 is connected to the secondary-side signal line 223 via the wiring 771 and is connected to the primary-side sensor control unit 600 via the wirings 772 and 773. Further, the measurement signal generation circuit 740 is connected to the primary side ground PGL via a wiring 775. The measurement signal generation circuit 740 outputs the low sensitivity measurement signal SWesc to the sensor control unit 600 via the wiring 772 and outputs the high sensitivity measurement signal SSesc to the sensor control unit 600 via the wiring 773.

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。
in=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 tip 100e of the particle sensor 100.
I in = I dc + I trp + I esc (1)
Here, I in is an input current of the first electrode 112, I dc is a discharge current flowing through the casing CS via the partition wall 42, and I trp is a charge amount of the cation PI trapped in the casing CS. This is a corresponding trapping current, and I esc is a leakage current corresponding to the charge amount of the cation PI that has flown outside without being trapped by the ion trapping unit 130.

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。
esc=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 signal line 223, the total current (I dc + I trp ) of the shunt resistor 230 on the signal line 223 is present. Flows. On the other hand, the input current I in is controlled to be constant by the constant current circuit as described above. Therefore, the leakage current I esc is equal to the difference between the input current I in and the current flowing through the shunt resistor 230 (I dc + I trp ).
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 signal generation circuit 740. The measurement signal generation circuit 740 includes an IV conversion circuit 742 and a high sensitivity measurement circuit 744 provided at the subsequent stage of the IV conversion circuit 742. As will be described below, in the first embodiment, the IV conversion circuit 742 also functions as a low sensitivity measurement circuit.

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 IV conversion circuit 742 includes a first amplifier circuit AMP1 and a negative feedback resistor R1. An operational amplifier can be used as the first amplifier circuit AMP1. The inverting input terminal of the first amplifier circuit AMP1 is connected to the secondary side ground SGL via the wiring 223. As shown in FIG. 3, the wiring 223 is connected to the casing CS of the particle sensor. A power supply Vref that applies a constant reference voltage (for example, 0.5 V) to the primary side ground PGL is connected to the non-inverting input terminal of the first amplifier circuit AMP1. In the following description, the same reference numeral “Vref” is used to represent the reference voltage of the power supply Vref. If the reference voltage Vref is input to the non-inverting input terminal of the first amplifier circuit AMP1, an error (such as an error due to a bias current or an offset voltage) is unlikely to occur in the potential difference between the two input terminals of the first amplifier circuit AMP1. Adjustments can be made to approach the potential difference range. As will be described in detail later, a current Ic corresponding to the leakage current Iesc (FIG. 3) of the particle sensor 100 flows through the inverting input terminal of the first amplifier circuit AMP1. This current Ic is converted to the first voltage E1 by the first amplifier circuit AMP1. The signal SWesc indicating the first voltage E1 is supplied to the sensor control unit 600 through the wiring 772 as a low sensitivity measurement signal.

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 particle sensor 100 is as follows. When the leakage current Iesc is generated, the reference potential of the secondary side ground SGL is lower than the reference potential of the primary side ground PGL according to the magnitude of the leakage current Iesc. This is because energy (power) supplied to the particle sensor 100 from the primary circuit including the primary power supply circuit 710 (FIG. 3) and energy (power) output from the particle sensor 100 via the signal line 223. This is because a difference in energy corresponding to the leakage current Iesc occurs. If a difference occurs between the reference potential of the secondary side ground SGL and the reference potential of the primary side ground PGL due to the generation of the leakage current Iesc, the inverting input terminal of the first amplifier circuit AMP1 corresponds to this difference. A compensation current Ic flows. This compensation current Ic is equal to the leakage current Iesc and is a current that compensates for the difference between the reference potential of the secondary side ground SGL and the reference potential of the primary side ground PGL. Therefore, the IV conversion circuit 742 can generate the first voltage E1 (and the low sensitivity measurement signal SWesc) representing the leakage current Iesc by performing IV conversion of the compensation current Ic.

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 sensitivity measurement circuit 744 includes a second amplifier circuit AMP2, three resistors R2, R3, and R4, and an offset voltage adjustment circuit 745. An operational amplifier can be used as the second amplifier circuit AMP2. The non-inverting input terminal of the second amplifier circuit AMP2 is connected to the output terminal of the IV conversion circuit 742. The inverting input terminal of the second amplifier circuit AMP2 is connected to the offset voltage adjustment circuit 745 via the resistor R2. The offset voltage adjustment circuit 745 is supplied with an offset signal Soffset having a signal level indicating the offset voltage Voffset from the sensor control unit 600 via the wiring 774. The offset voltage adjustment circuit 745 D / A converts (or decodes) the offset signal Soffset, outputs the offset voltage Voffset, and supplies the offset voltage Voffset to the inverting input terminal of the second amplifier circuit AMP2 via the resistor R2. The output terminal of the second amplifier circuit AMP2 is connected to the primary side ground PGL via resistors R3 and R4. The contact between these two resistors R3 and R4 is connected to the inverting input terminal of the second amplifier circuit AMP2. Therefore, the resistor 3 functions as a negative feedback resistor. The high sensitivity measurement circuit 744 amplifies the output voltage E1 of the IV conversion circuit 742 and generates a voltage E2. The signal SSesc representing the voltage E2 is supplied to the sensor control unit 600 via the wiring 773 as a high sensitivity measurement signal.

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。

Figure 0006138652
ここで、Icは補償電流、R1〜R4は抵抗R1〜R4の抵抗値、Vrefは第1の増幅回路AMP1の基準電圧、Voffsetは第2の増幅回路AMP2のオフセット電圧である。 Output voltages E1 and E2 of the two amplifier circuits AMP1 and AMP2 are given by the following equations.
Figure 0006138652
Here, Ic is a compensation current, R1 to R4 are resistance values of the resistors R1 to R4, Vref is a reference voltage of the first amplifier circuit AMP1, and Voffset is an offset voltage of the second amplifier circuit AMP2.

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 sensor controller 600 determines the amount of fine particles S contained in the exhaust gas based on the low sensitivity measurement signal SWesc and the high sensitivity measurement signal SSesc supplied from the measurement signal generation circuit 740. As a method for determining the amount of the fine particles S contained in the exhaust gas from the measurement signal SSesc (or SWesc), for example, the correspondence between the voltage value of the measurement signal SSesc (or SWesc) and the amount of the fine particles S in the exhaust gas is shown. It is possible to use a method of referring to the map, or a method of using a relational expression indicating the relationship between the voltage value of the measurement signal SSesc (or SWesc) and the amount of the particulate S in the exhaust gas.

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 sensor control unit 600 converts the voltage values of the high sensitivity measurement signal SSesc and the low sensitivity measurement signal SWesc as analog signals into digital values with a predetermined resolution (for example, 8 bits). In addition, the sensor control unit 600 is configured such that the voltage value readable range (full scale range) is the same in both of the measurement signals SSesc and SWesc.

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 sensor control unit 600 is equal (for example, 0.02 V). Accordingly, the current value of the leakage current Iesc corresponding to the voltage resolution of the sensor control unit 600 is small for the high sensitivity measurement signal SSesc (for example, 0.02 pA) and large for the low sensitivity measurement signal SWesc (for example, 0.02 nA). In other words, the sensor control unit 600 can detect a smaller variation in the leakage current Iesc based on the high sensitivity measurement signal SSesc as compared to the low sensitivity measurement signal SWesc. As can be understood from these descriptions, “sensitivity” in the present specification means resolution or minimum measurement unit. That is, “high sensitivity” means that the minimum measurement unit of the fine particle amount is small, and “low sensitivity” means that the minimum measurement unit of the fine particle amount is large.

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 sensor control unit 600 is set to include the entire voltage range of the low sensitivity measurement signal SWesc. Therefore, the range of the amount of fine particles in the exhaust gas that can be measured by the low-sensitivity measurement signal SWesc is wider than the range of the amount of fine particles in the exhaust gas that can be measured by the high-sensitivity measurement signal SSesc. If it is within a range corresponding to the entire voltage range of the signal SWesc, the amount of fine particles can be measured in the entire range.

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 sensor control unit 600 can determine the amount of fine particles while the amount of fine particles in the exhaust gas is in a considerably narrow measurement window (measurement range). If the measurement range is not met, the voltage range of the second amplifier circuit AMP2 is exceeded, and the amount of fine particles cannot be determined. Therefore, in the first embodiment, as described in the following processing procedure, the offset voltage Voffset output from the offset voltage adjustment circuit 745 is changed according to the voltage level E1 of the low sensitivity measurement signal SWesc, thereby increasing the high voltage. The measurement window of the amount of fine particles by the sensitivity measurement signal SSesc is changed.

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 sensor control unit 600 receives the low sensitivity measurement signal SWesc. At this time, the sensor control unit 600 may calculate or determine the amount of fine particles based on the voltage level of the low sensitivity measurement signal SWesc. In step S110, the sensor control unit 600 calculates the offset voltage Voffset of the high sensitivity measurement circuit 744 according to the voltage level E1 of the low sensitivity measurement signal SWesc. At this time, as the offset voltage Voffset, the output voltage E2 of the high sensitivity measurement circuit 744 output from the second amplifier circuit AMP2 is a predetermined value (for example, a median value) within the output voltage range of the second amplifier circuit AMP2. It is decided to become. For example, when the lower limit value of the output voltage range of the second amplifier circuit AMP2 is Vmin and the upper limit value is Vmax, the offset voltage Voffset is calculated so that the output voltage E2 is equal to (Vmin + Vmax) / 2. Can do. Such calculation of the offset voltage Voffset can be performed using a known relational expression (for example, the above expression (3b)) between the offset voltage Voffset and the two voltages E1 and E2.

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 sensor control unit 600 outputs an offset signal Soffset having a signal level representing the calculated offset voltage Voffset to the offset voltage adjustment circuit 745. The offset voltage adjustment circuit 745 thus D / A converts (or decodes) the offset signal Soffset, outputs the offset voltage Voffset, and supplies it to the inverting input terminal of the second amplifier circuit AMP2 via the resistor R2. In step S130, high sensitivity measurement is performed, and the sensor control unit 600 receives the high sensitivity measurement signal SSesc. In step S140, the sensor control unit 600 calculates or determines the amount of fine particles based on the high sensitivity measurement signal SSesc. As described above, in the high sensitivity measurement, since the voltage level E2 of the high sensitivity measurement signal SSesc is determined to be within the output voltage range of the second amplifier circuit AMP2, the sensor control unit 600 performs the high sensitivity measurement. The amount of fine particles can be determined with high sensitivity according to the signal SSesc. In step S150, it is determined whether or not to end the fine particle measurement, and steps S100 to S150 are repeatedly executed until an end is instructed. The repetition cycle of steps S100 to S150 can be set to 1 ms to 2 ms, for example.

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 sensor control unit 600 supplies the offset signal Soffset having a signal level determined based on the voltage level of the low sensitivity measurement signal SWesc to the offset voltage adjustment circuit 745, thereby adjusting the offset voltage. Since the circuit 745 adjusts the offset voltage Voffset and adaptively changes the measurement window of the high-sensitivity measurement signal SSesc, the measurement window can be adjusted accurately. Further, the low sensitivity measurement signal SWesc and the high sensitivity measurement signal SSesc are generated based on the current corresponding to the difference between the amount of ions generated from the ion generation unit 110 and the amount of ions captured by the capture unit 130. Therefore, accurate measurement is possible even if the amount of fine particles in the gas is very small.

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 signal generation circuit 740a in the second embodiment. The measurement signal generation circuit 740a is obtained by adding a low sensitivity measurement circuit 746 to the circuit of FIG. 4, and the other configuration is the same as the circuit of FIG. The low sensitivity measurement circuit 746 includes a third amplifier circuit AMP3 provided on the wiring 772 between the output terminal of the IV conversion circuit 742 and the sensor control unit 600. The third amplifier circuit AMP3 amplifies the output voltage E1 of the first amplifier circuit AMP1, and supplies the amplified voltage to the sensor control unit 600 as the low sensitivity measurement signal SWesc. The various resistors for the third amplifier circuit AMP3 are not shown. The amplification degree of the third amplifier circuit AMP3 is arbitrary. For example, the amplification degree may be 1.0, or may be set to a value exceeding 1. However, the amplification factor of the third amplifier circuit AMP3 is set to a value smaller than the amplification factor of the second amplifier circuit AMP2 of the high sensitivity measurement circuit 744.

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 IV conversion circuit 742 or the output voltage E1 is amplified in the high sensitivity measurement circuit 744. It is possible to use a voltage amplified with a degree of amplification smaller than the degree.

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 signal generation circuit 740b in the third embodiment. The measurement signal generation circuit 740b is only changed from the circuit of FIG. 4 in that the switch SW1 is added to the high sensitivity measurement circuit 744 and the wiring 772 is omitted. The circuit is the same as that of FIG. The switch SW1 is connected in parallel with the negative feedback resistor R3. The sensor control unit 600 can switch between a state in which the negative feedback resistor R3 is valid and a state in which the negative feedback resistor R3 is not present (a state in which the negative feedback resistor is zero) by switching on / off the switch SW1.

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 sensitivity measurement circuit 744b in FIG. 8 is 1.0. This can be confirmed by substituting R3 = 0 into the above-described equation (3b). Accordingly, in this first operation mode (low sensitivity measurement mode), the output voltage E2 of the high sensitivity measurement circuit 744b is equal to the output voltage E1 of the IV conversion circuit 742, and therefore the high sensitivity measurement circuit 744b is used to reduce the output voltage E2. Sensitivity measurement can be performed. On the other hand, when the switch SW1 is in the off state (the state in FIG. 8), the high sensitivity measurement circuit 744b in FIG. 8 is equivalent to the high sensitivity measurement circuit 744 in FIG. Therefore, in the second operation mode (high sensitivity measurement mode), it is possible to perform high sensitivity measurement using the high sensitivity measurement circuit 744b. For example, in step S100 of the processing procedure of FIG. 5, the on / off state of the switch SW1 is switched to set the above-described first operation mode, and in step S130, the on / off state of the switch SW1 is switched to set the above-described first operation mode. By setting the operation mode 2 (the state shown in FIG. 8), it is possible to execute low sensitivity measurement and high sensitivity measurement, respectively. In other words, in the third embodiment, the high sensitivity measurement circuit 744b also functions as a low sensitivity measurement circuit, and the low sensitivity measurement signal SWesc and the high sensitivity measurement signal SSesc are required only by changing the amplification degree in the amplifier circuit AMP2. It is possible to generate appropriately according to. The amplification degree in the first operation mode (low sensitivity measurement mode) described above is set to a value smaller than the amplification degree in the second operation mode (high sensitivity measurement mode). In the example of FIG. 8, the amplification degree in the first operation mode is 1.0, but it may be set to a value other than 1.0.

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 particle measurement system 10 described in the first embodiment is an exemplification, and the present invention can be realized by a configuration other than the particle measurement system 10 shown in the first embodiment. For example, the fine particle measurement system 10 may not include the second electrode 132. In the fine particle measurement system 10, the ion generation unit 110 may be configured separately from the fine particle sensor 100 instead of inside the fine particle sensor 100. Further, the first electrode 112 is disposed in the charging chamber 121 so as to penetrate the front and rear of the partition wall 42, and a corona discharge is generated between the distal end portion of the first electrode 112 and the inner wall surface of the charging chamber 121. May be. In this case, the ion generation unit 110 and the exhaust gas charging unit 120 are integrated. The measurement current generation circuit 740 may be any circuit that can generate a signal indicating the amount of fine particles, and various configurations other than the configurations described in the above-described embodiments can be employed.

・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 particle measurement system 10 of the above-described embodiment is configured to generate cations between the first electrode 112 and the partition wall 42 by corona discharge, but the fine particle measurement system 10 generates anions by corona discharge. It is good also as a structure. For example, by changing the positive and negative connection destinations of the first electrode 112 and the partition wall 42, anions can be generated between the first electrode 112 and the partition wall 42.

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 SYMBOLS 10 ... Fine particle measurement system 25 ... Ceramic pipe 31 ... Gas flow path 35 ... Discharge hole 41 ... Nozzle 42 ... Partition wall 45 ... Inflow hole 55 ... Air supply hole 100 ... Fine particle sensor 110 ... Ion generation part 111 ... Ion generation chamber 112 ... No. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 electrode 120 ... Exhaust gas charging part 121 ... Charging chamber 130 ... Ion trap part 131 ... Trapping chamber 132 ... Second electrode 200 ... Cable 221 ... First wiring 222 ... Second wiring 223 ... Signal line 224 ... Air supply Pipe 230 ... Shunt resistance 300 ... Sensor drive part 400 ... Internal combustion engine 402 ... Exhaust gas pipe 405 ... Fuel pipe 410 ... Filter device 420 ... Vehicle control part 430 ... Fuel supply part 440 ... Power supply part 500 ... Vehicle 600 ... Sensor control part 700 ... Electrical circuit section 710 ... Primary power supply circuit 711 ... Discharge voltage control circuit 712 ... Transformer Dynamic circuit 720 ... Insulation transformer 730 ... Corona current measurement circuit 740 ... Measurement signal generation circuit 745 ... Offset voltage adjustment circuit 751, 752 ... Rectification circuit 753, 754 ... Short protection resistance 771-774 ... Wiring 800 ... Air supply part AMP1 3. Amplification circuit (op amp)
CS ... Casing PGL ... Primary side ground R1-R4 ... Resistance SW, SW1 ... Switch SGL ... Secondary side ground Vref ... Reference voltage Voffset ... Offset voltage

Claims (6)

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.
請求項1記載の微粒子測定システムであって、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、
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.
請求項2に記載の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、
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.
請求項3に記載の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、
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.
請求項1又は2に記載の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、
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.
請求項4又は5に記載の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、
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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