JP6309374B2 - ガス検知装置、該ガス検知装置における水分蓄積検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス検知装置において、雰囲気内にメタンガス以外のガス（以下では、これを単に“雑ガス”と称する。）の影響を考慮しつつ水分が蓄積したことを検知し、検知した場合には蓄積された水分を排除する回復処理を行う技術に関する。

最近では、電池駆動式ガス警報器向けに超省電力のメタンセンサが相当数開発されている。これらのセンサは消費電力を抑制するために、パルス加熱駆動（間欠駆動）を行っている。

上記超省電力のメタンセンサの一例として薄膜マイクロセンサが知られている。しかしながら薄膜マイクロセンサは、３０sec〜６０secの周期で実施されるパルス加熱駆動の加熱時間はわずか数１０〜数１００ｍｓ、より具体的には、５０〜２００ｍｓのみのパルス加熱（４００℃加熱）を行ってガス検知を行っている。非加熱時に大気中の湿度の影響でセンサ（触媒層）に水分が蓄積され、加熱時に蒸発させているが、この場合、高湿雰囲気に長時間さらされると、非加熱時間に吸着した水分が加熱した際に脱離しきらなくなってゆく。すると、加熱時の熱エネルギーが吸着水分の蒸発潜熱に利用され、経時的に加熱時の到達温度が当初想定していた温度（４００℃）よりも低くなり、ガス感度が低下してしまう。

ところで下記特許文献１には、ガス検知層が結露による水分の影響を受けることで電導性が増す、すなわち抵抗が低くなる、ことにより、センサが鋭敏化して誤検出してしまうことの対策として結露しているか否かを検出してセンサ出力への結露による水分の影響を無くす提案がなされている。

図１０は、下記特許文献１に開示されているガス検知装置において用いられるセンサ素子である薄膜マイクロセンサ１の構成概要を示す断面図である。図１０において薄膜ガスセンサ１は、Ｓｉ基板２と、熱絶縁支持層３と、ヒータ層４と、電気絶縁層５と、ガス検知層６とを備えて構成されている。Ｓｉ基板２には、貫通孔２ａが設けられている。熱絶縁支持層３は、熱酸化ＳｉＯ_２層３ａと、ＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４層３ｂと、ＣＶＤ−ＳｉＯ_２層３ｃとを備えている。ガス検知層６は、接合層６ａと、感知層電極６ｂと、感知層６ｃと、選択燃焼層６ｄとを備えている。なお、Ｓｉ基板２はシリコンウェハーから構成され、ヒータ層４はガス検知層６を加熱可能に構成し、ガス検知層６は、例えば、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＨ_４（メタン）などに対して選択的に感応した場合に電気的特性が変化するよう構成されている。

このような薄膜ガスセンサ１は、まずＳｉ基板２の表面および裏面に、熱酸化ＳｉＯ_２層３ａが形成される。次に、熱酸化ＳｉＯ_２層３ａ上に、ＣＶＤ−Ｓｉ_３Ｎ_４層３ｂと、ＣＶＤ−ＳｉＯ_２層３ｃとが順次プラズマＣＶＤ法により形成される。さらに、ヒータ層４と、ＳｉＯ_２から成る電気絶縁層５とが順次スパッタ法により形成される。

次に、ガス検知層６を形成するため、電気絶縁層５の上に、接合層６ａと、感知層電極６ｂと、ＳｂをドープしたＳｎＯ_２から成る感知層６ｃとが順次スパッタ法により形成される。スパッタ法による成膜には、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置が用いられる。

感知層６ｃを十分に覆うように、選択燃焼層６ｄをスクリーン印刷法により塗布し、その後、５００℃の温度下で１時間以上焼成が行われる。選択燃焼層６ｄは、Ａｌ_２Ｏ_３にＰｄを触媒として担持した焼結材から構成されている。次に、Ｓｉ基板２の裏面からエッチングによりシリコンを除去し、貫通孔２ａを形成する。

ＷＯ ２０１２／１０５６３９ Ａ１

上述のように従来例における薄膜マイクロセンサは、３０sec〜６０secの周期で５０〜２００ｍｓのみのパルス加熱（４００℃加熱）を行ってガス検知を行っている。非加熱時に大気中の湿度の影響でセンサ（触媒層）に水分が蓄積され、加熱時に蒸発させているが、高湿中に長期間暴露される場合には、水分が飛びきらない。すると、加熱時に４００℃に加熱しても、４００℃まで上昇せずに、メタン感度が低下するという課題があった。

そこで本発明は、蓄積された水分の影響でセンサ検知層が結露するほどでなく、加熱時の到達温度が想定温度よりも若干低下する程度であってもセンサ出力が鈍化（ガス感度が低下）することに対処し且つ雑ガスの影響を考慮してセンサに水分が蓄積したかを検知できるようにすることを目的とするものである。また本発明は、上記で水分が蓄積されたと検知された場合には、蓄積された水分を排除する回復処理を施し、センサをより長期間使用可能にすることを目的とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
前記ヒータ層にガス検知のための所定の温度より低い温度で通電した際の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の水分蓄積を検知する水分蓄積検知手段と、
該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段と、を有することを特徴とする。

また請求項２に記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、前記水分蓄積を検知する温度が、室温〜１５０℃の間に設定されていることを特徴とする。

また請求項３に記載の発明は、ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
前記ガス検知層の水分蓄積を検知するための水分蓄積検知手段と、
該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段と、を有し、
前記雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする。

また請求項４に記載の発明は、ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
前記ガス検知層の水分蓄積を検知するための水分蓄積検知手段と、
該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段と、を有し、
前記雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が小さい場合には、改めて水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合の直後の通常加熱に要する通電時間におけるガス検知層の抵抗値を測定し、それでも予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする。

また請求項５に記載の発明は、上記請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発明において、水分蓄積回復手段をさらに有し、前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合であって、前記雑ガス影響判定手段による判定で雑ガスの影響が無かった場合は、前記水分蓄積回復手段が蓄積した水分を排除する回復処理を行うことを特徴とする。

また請求項６に記載の発明は、上記請求項５に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするよう制御することを特徴とする。

また請求項７に記載の発明は、上記請求項５に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電する周期を前記所定の周期より短くするよう制御することを特徴とする。

また請求項８に記載の発明は、上記請求項５に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記回復処理時だけ所定のヒータ温度より高くするよう制御することを特徴とする。

上記課題を解決するために請求項９に記載の発明は、ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
前記ガス検知層の水分蓄積を検知する水分蓄積検知手段と、
該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段とを備えるガス検知装置における水分蓄積検知方法であって、
前記水分蓄積検知手段は、前記ヒータ層にガス検知のための所定の温度より低い温度で通電した際の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の水分蓄積を検知するとともに前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合には雑ガスの影響の有無を判定することを特徴とする。

また請求項１０に記載の発明は、上記請求項９に記載の発明において、前記水分蓄積を検知する温度が、室温〜１５０℃の間に設定されていることを特徴とする。
また請求項１１に記載の発明は、上記請求項９に記載の発明において、雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする。

また請求項１２に記載の発明は、上記請求項９に記載の発明において、雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が小さい場合には、改めて水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合の直後の通常加熱に要する通電時間におけるガス検知層の抵抗値を測定し、それでも予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする。

また請求項１３に記載の発明は、上記請求項９ないし１２のいずれか一項に記載の発明において、水分蓄積回復手段をさらに有し、前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合であって、前記雑ガス影響判定手段による判定で雑ガスの影響が無かった場合は、前記水分蓄積回復手段が蓄積した水分を排除する回復処理を行うことを特徴とする。

また請求項１４に記載の発明は、上記請求項１３に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするよう制御することを特徴とする。

また請求項１５に記載の発明は、上記請求項１３に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電する周期を前記所定の周期より短くするよう制御することを特徴とする。

また請求項１６に記載の発明は、上記請求項１３に記載の発明において、前記水分蓄積回復手段が、前記回復処理時だけ所定のヒータ温度より高くするよう制御することを特徴とする。

本発明によれば、雑ガスの影響を考慮したうえで水分蓄積によるセンサ感度低下を検知することができ、性能低下したセンサを使い続けることなく、性能低下をいち早く検知して故障による交換を促すことが可能となる。

また本発明によれば、雑ガスの影響が無く水分蓄積によるセンサ感度低下を検知した場合には、蓄積された水分を排除する回復処理を行うことにより、センサをより長期間使用することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るガス検知装置の全体構成の概略を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るガス検知装置におけるヒータ層の温度を変えた時のガス検知層の温度変化を示す図である。 本発明の実施形態に係るガス検知装置におけるヒータ層の温度を変えた時のセンサ中の雰囲気ガスの抵抗値の変化を示す図である。 本発明の実施形態に係るガス検知装置における正常な状態での空気中およびセンサ中の雰囲気ガスの４００℃加熱時(２００ｍｓ)の抵抗変化を示す図である。 本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積検知及び雑ガスの影響検知の処理フローを示す図である。 図５に示した雑ガスの影響検知処理の詳細を説明するためのフロー図である。 本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積後の回復処理を説明するフローチャート（その１）である。 本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積後の回復処理を説明するフローチャート（その２）である。 本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積後の回復処理を説明するフローチャート（その３）である。 従来の薄膜マイクロセンサの構成概要を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るガス検知装置の全体構成の概略を示すブロック図である。図１に示すガス検知装置には、マイコン制御回路７が設けられており、マイコン制御回路７は、ガス検知装置の全体を制御するように構成されている。ガス検知装置には、薄膜ガスセンサ１のヒータ層４に接続されたヒータ制御回路８が設けられ、ヒータ制御回路８はマイコン制御回路７に接続されている。なお薄膜ガスセンサ１の構成概要は図１０に示した従来例のものと同様であるためその詳細構成については図示省略している。

また図１に示すガス検知装置には、マイコン制御回路７およびヒータ制御回路８に接続された電源回路９が設けられており、ガス検知装置は電源回路９からの電圧供給によって動作するように構成されている。電源回路９は、主に乾電池や充電池などの消耗電池が用いられるが、商用電源および定電圧回路を用いて構成してもよい。

そしてヒータ制御回路８は、電源回路９から供給される電圧が、薄膜ガスセンサ１全体を駆動するためのセンサ電圧とヒータ層４を加熱するためのヒータ電圧とに変換するように構成している。マイコン制御回路７に含まれるヒータ制御手段７ａは、ヒータ層４の温度を上げてガス検知層６を加熱するように、時間ｔ_１の周期で、例えば３０sec〜６０secの周期で、時間ｔ_２の間、例えば５０〜２００ｍｓの間、ヒータ層４に電圧Ｖ_１を印加して加熱することを繰り返し、ヒータ層４は間欠的に通電されることになる。

また図１に示すガス検知装置には、薄膜ガスセンサ１のガス検知層６に接続された水分蓄積検知回路１０が設けられ、水分蓄積検知回路１０はマイコン制御回路７に接続され、薄膜ガスセンサ１、特にガス検知層６に水分が蓄積された場合、マイコン制御回路７に含まれる水分蓄積検知手段７ｂによって水分蓄積が検知される構成となっている。ここでは一例として、水分蓄積検知回路１０がガス検知層６に接続されたシャント抵抗（図示せず）を備えており、水分蓄積検知手段７ｂが前記シャント抵抗の両端電圧を測定するよう構成されている。水分蓄積検知回路１０には、シャント抵抗の両端電圧に関するアナログ信号をデジタル信号に変換して水分蓄積検知手段７ｂに送るために、Ａ／Ｄ変換回路（図示せず）が設けられている。マイコン制御回路７において、水分蓄積検知手段７ｂから水分蓄積回復手段７ｈに信号が送られ、蓄積された水分を排除する回復処理が実施される。蓄積された水分を排除する回復処理の詳細については後述されている。蓄積された水分を排除する回復処理が施される場合には、水分蓄積回復手段７ｈからヒータ制御手段７ａに蓄積された水分を排除する回復処理を行うための指示がなされるように構成されている。そして水分蓄積回復手段７ｈから数次に亘る回復処理の指示でも蓄積された水分が飛ばない場合には、センサ故障が表示・警報制御手段７ｅ〜７ｇに通知されるようになっている。

ここで水分蓄積検知回路１０により測定されたガス検知層６の抵抗の抵抗値をＲとした場合、ガス検知層６について所定の温度範囲（例えば室温〜１５０℃）内に設定した所定の温度Ｔ₁におけるガス検知層６の抵抗の抵抗値Ｒ_１と、測定された抵抗値Ｒとを比較して、下記式（１）の条件を満たすか否かによって水分蓄積の状態を判定することができる。

Ｒ＜Ｒ_１・・・・・・・（式１）
すなわち、上記式（１）を満たせば、水分が蓄積状態にあると判定し、上記式（１）を満たしていなければ、水分が蓄積状態になっていないと判定する。上記における所定の抵抗値Ｒ_１の設定については後述する。

上記式（１）によって水分蓄積状態であることを判定できるのは、検知対象ガスであるメタンガス以外の雑ガスの影響が無いときであれば簡単に判定できるが、実際は雑ガスの影響によっても上記式（１）を満たすようになるため雑ガスの有無を判定する必要がある。これについては後述する。

図２は、本発明の実施形態に係るガス検知装置におけるヒータ層の温度を変えた時のガス検知層の温度変化を示す図である。また図３は、本発明の実施形態に係るガス検知装置におけるヒータ層の温度を変えた時のセンサ中の雰囲気ガスの抵抗値の変化を示す図である。

図２において、たとえばガス検知のための検知温度を４００℃とした場合、水分蓄積が起こっていないガス検知層６のAir中の抵抗値に対して、CH₄ガス中の抵抗は約１／１０となり、CH₄ガスに対する感度を発現していることが分かる。

一方、ガス検知層６が水分蓄積により鈍化した場合のAir中の抵抗特性は、図３に示す太実線のように変化し、低温（例えば室温〜１００℃）では水分が除去しきれず、上記した所定の抵抗Ｒ_１を所定の温度範囲内（例えば室温〜１５０℃）の適当な値に設定することで、上記式１により抵抗値の大小関係を読み取ることができる。すなわち、図３に示した特性から所定の温度範囲内（例えば室温〜１５０℃）にガス検知層６の所定の抵抗値を設定することにより、上記式１で抵抗値の大小を比較して水分の影響を受けて鈍化した状態か否かを読取ることができる。

再び図１を参照すると、ガス検知装置には、薄膜ガスセンサ１のガス検知層６に接続されたガス検知回路１１が設けられている。ガス検知回路１１は、マイコン制御回路７に含まれる都市ガス検知手段７ｃとＣＯガス検知手段７ｄとにそれぞれ接続されている。都市ガス検知手段７ｃは、ガス検知層６の電気的特性に基づいて、都市ガスを構成するＣＨ_４（メタンガス）などを検知可能に構成されている（図２、図３参照）。ＣＯガス検知手段７ｄもまた、ガス検知層６の電気的特性に基づいて、ＣＯ（一酸化炭素）を検知可能に構成されている（図２、図３参照）。図示はしていないが、Ｈ_２ガス検知手段を設け、上記ＣＯガス検知と同様にガス検知層６の電気的特性に基づいて、Ｈ_２（水素）を検知可能に構成することもできる。このようにしてガス検知層６によりガスが検知された場合、ガス検知層６から発せられる信号はアナログ信号となっている。そのため、ガス検知回路１１には、このアナログ信号をデジタル信号に変換して、都市ガス検知手段７ｃおよびＣＯガス検知手段７ｄ（不図示のＨ_２ガス検知手段）に送るために、Ａ／Ｄ変換回路（図示せず）が設けられている。

さらに図１に示すガス検知装置には、ガスを検知した場合に視覚的に警報を表示するための警報表示回路１２が設けられており、警報表示回路１２は、ランプなどの警報表示手段（図示せず）を備えている。この警報表示回路１２は、マイコン制御回路７に含まれる表示制御手段７ｅに接続されている。またガス検知装置には、ガスを検知した場合に聴覚的に警報を出力するための警報音出力回路１３が設けられており、警報音出力回路１３は、スピーカなどの警報を音声として出力する警報音出力手段（図示せず）を備えている。この警報音出力回路１３は、マイコン制御回路７に含まれる警報音制御手段７ｆに接続されている。

また図１に示すガス検知装置には、ガスを検知した場合に電気的な外部出力をするための外部出力回路１４が設けられており、外部出力回路１４は、外部の機器に信号などの電気的な外部出力を送出することができるように構成されている。外部出力回路１４は、マイコン制御回路７に含まれる外部出力制御手段７ｇに接続されている。

また図１に示すガス検知装置には、マイコン制御回路７に接続された外部記憶回路１５が設けられている。外部記憶回路１５には、水分蓄積を判定するために用いる判定値、蓄積された水分の排除の為の操作値およびガス検知に用いられる閾値および設定値、並びに、ガスを検知して警報を発したときのデータなどの履歴を記憶可能に構成されている。

なお、マイコン制御回路７は、マイクロコンピュータなどのＣＰＵおよびその周辺回路によって構成されている。ヒータ制御手段７ａと、水分蓄積検知手段７ｂと、都市ガス検知手段７ｃと、ＣＯガス検知手段７ｄと、表示制御手段７ｅと、警報音制御手段７ｆと、外部出力制御手段７ｇとは、ハードウェアまたはソフトウェアによって構成されている。

図４は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における正常な状態での空気中およびセンサ中の雰囲気ガスの４００℃加熱時(２００ｍｓ)の抵抗変化を示す図である。図４に示されるように、ヒータ層４に対する通電時のガス検知層６の電気抵抗値の変化状態を用いて、雰囲気中に検知対象ガスおよび検知対象ガス以外の雑ガス（例えば、ＣＯガス、Ｈ_２ガス）の有無を判定するので、検出対象ガスであるメタンガスが存在するのか、メタンガス以外のガス、すなわち雑ガス、が存在するのかを判定することができる。

例えば、図４に示すように、メタンガスの場合には、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との関係は、時間が経過するにつれ電気抵抗値が漸次減少し、所定の値に近づいて安定化する軌跡を描く。

一方、メタンガス以外のガス（雑ガス）の場合には、例えば、図４に示すように、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との関係は、時間が経過するにつれ電気抵抗値が漸次減少し、所定の極小値を経て緩やかに増加に転じる軌跡を描く。この漸次減少は、センサ素子のガス検知層などに吸着したガス（ＣＯガス、Ｈ_２ガス）が、ヒータ層４への通電が行われてガス検知層６の温度が上昇する際に燃焼されることにより生じるものと考えられる。したがって、ヒータ層通電時における通電時間と電気抵抗値との軌跡が、どのような軌跡を描くかを調べることにより、ガス検知層６の雰囲気中のガスがメタンガス（都市ガス）なのか、メタンガス以外のガス（雑ガス）なのかを区別することができる。

図５は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積検知及び雑ガスの影響検知の処理フローを示す図である。図５において、水分の蓄積によるガス感度の低下を検知するために、定期的（たとえば１時間に１回の割合で）にセンサの温度が５０〜１００℃になる程度の通電時間ｔ₂でパルス加熱駆動を行い（ステップS1）、その時のガス検知層６の抵抗値Ｒを測定（ステップS2）し、当該抵抗値Ｒと予め設定した温度（例えば１００℃）における所定の抵抗値Ｒ_１とを比較し、抵抗値Ｒが所定の抵抗値Ｒ_１より低い場合（ステップS3）には水分の蓄積がおこっていると判断する。

そして、水分蓄積が起こっていると判断された場合（ステップS3：Yes）には、ステップS4に進み、雑ガスの影響有りか否かを判定する（ステップS5）。雑ガスの影響が無ければステップS6に進み、蓄積された水分を排除する回復処理を行う。なお、雑ガスの影響とは、上記したように都市ガス（ＣＨ_４(メタン)ガス）以外のガスを想定しており、一例として図２〜図４に示されている、ＣＯガス、Ｈ_２ガスを挙げることができる。蓄積された水分を排除する回復処理を行った後は、ステップS1に戻り、次の水分蓄積検知処理を行う。なお、蓄積された水分を排除する回復処理については後述する。

一方、ステップS4で雑ガスの影響が有ればステップS5に進み、雑ガスの影響が検知されたことの警報報知を行って、処理を終了する。警報報知は、図１で説明したのでここでは再説しない。

図６は、図５に示した雑ガスの影響検知処理の詳細を説明するためのフロー図である。図６に示すフローにおいて、あらかじめ前回の水分検知駆動直後の加熱（通常の４００℃加熱）を通電時間２００ｍｓとして加熱する（ステップS11）。そしてその時のガス検知層６の抵抗を測定しその値をＲｐとして記憶する（ステップS12）。

つぎに水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合、その直後の加熱（通常の４００℃加熱）を通電時間３０〜５０ｍｓとして加熱する（ステップS13）。そしてガス検知層６の抵抗値を測定し、その値を抵抗値Ｒとする（ステップS14）。

ステップS15において、ステップS12の処理で記憶した抵抗値ＲｐとステップS14の処理で測定した抵抗値Ｒとを比較する（ステップS15）。比較した結果、抵抗値Ｒｐの方が抵抗値Ｒよりも大きかった場合（ステップS15：Yes）には、雑ガスの影響が有ると判定する（ステップS16）。

一方、ステップS15における比較結果で、抵抗値Ｒｐの方が抵抗値Ｒよりも小さかった場合（ステップS15：No）には、ステップS17に進み、ステップS17において、２００ｍｓ加熱したときの抵抗値を測定し、その値をＲｎとして記憶する（ステップS17）。そしてステップS18において、ステップS12の処理で記憶した抵抗値ＲｐとステップS17の処理で測定した抵抗値Ｒｎとを比較する（ステップS18）。比較した結果、抵抗値Ｒｐの方が抵抗値Ｒｎよりも大きかった場合（ステップS18：Yes）には、雑ガスの影響が有ると判定する（ステップS19）。一方、ステップS18における比較結果で、抵抗値Ｒｐの方が抵抗値Ｒｎよりも小さかった場合（ステップS18：No）には、ステップS20に進み、ステップS20において雑ガスの影響は無く、水分蓄積の影響であると判定する。

図７は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積後の回復処理を説明するフローチャート（その１）である。図７では、図５に示した水分蓄積検知の診断手法により異常を検知し、水分蓄積を検知した後、蓄積された水分を排除する回復処理として、水分蓄積回復手段７ｈがヒータ制御手段７ａに回復処理のための信号を送り、ヒータ制御手段７ａが加熱温度を一時的に、通常のパルス加熱（４００℃加熱）から＋５０℃上がるようにパルス加熱操作（ステップS31）を行って４５０℃加熱にし、ガス検知層６の抵抗を測定し（ステップS32）、蓄積した水分を飛ばす操作を実行する（ステップS33）。

その後、同様の水分蓄積診断（異常検知）を行い、上記操作で回復したかを確認する。回復しなければ（ステップS33：No）、回復処理を所定回数（例えば１０回）連続して実行し、回復したかを確認する（ステップS34）。所定回数連続して実行しても回復しない場合には、センサ故障と判定する（ステップS35）。

図８は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積後の回復処理を説明するフローチャート（その２）である。図８では、図５に示した水分蓄積検知の診断手法により異常を検知し、水分蓄積を検知した後、蓄積された水分を排除する回復処理として、水分蓄積回復手段７ｈがヒータ制御手段７ａに回復処理のための信号を送り、ヒータ制御手段７ａが加熱温度を一時的に、通常のパルス加熱（４００℃加熱）から＋１０℃上がるようにパルス加熱操作（ステップS41）を行って４１０℃加熱にし、ガス検知層６の抵抗を測定し（ステップS42）、蓄積した水分を飛ばす操作を実行する（ステップS43）。

その後、同様の水分蓄積診断（異常検知）を行い、上記操作で回復したかを確認する。この操作で回復せずに、その後、再度異常を検知した場合には、さらに＋１０℃上昇させることを繰り返し、所定の温度（たとえば４５０℃）まで上昇させた後に（ステップS44）、回復せずに異常が検知された場合には、センサ故障と判定する（ステップS45）。

図９は、本発明の実施形態に係るガス検知装置における水分蓄積後の回復処理を説明するフローチャート（その３）である。図９では、図５に示した水分蓄積検知の診断手法により異常を検知し、水分蓄積を検知した後、蓄積された水分を排除する回復処理として、水分蓄積回復手段７ｈがヒータ制御手段７ａに回復処理のための信号を送り、ヒータ制御手段７ａが、ヒータ層４への通電時間を前記所定の通電時間より長くするよう制御するか、又は、水分蓄積回復手段７ｈが、ヒータ層４へ通電する周期を前記所定の通電周期より短くするよう制御する（ステップS51）ものである。その後で再度の回復処理を行うか否かについては上記した図７と同様であるのでその説明を割愛する。

１ 薄膜ガスセンサ
４ ヒータ層
６ ガス検知層
７ マイコン制御回路
７ａ ヒータ制御手段
７ｂ 水分蓄積検知手段
７ｃ 都市ガス検知手段
７ｄ ＣＯガス検知手段
７ｅ 表示制御手段
７ｆ 警報音出力制御手段
７ｇ 外部出力制御手段
７ｈ 水分蓄積回復手段
８ ヒータ制御回路
９ 電源回路
１０ 水分蓄積検知回路
１１ ガス検知回路
１２ 警報表示回路
１３ 警報音出力回路
１４ 外部出力回路
１５ 記憶回路

Claims (16)

1. ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
   前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
   前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
   前記ヒータ層にガス検知のための所定の温度より低い温度で通電した際の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の水分蓄積を検知する水分蓄積検知手段と、
   該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段と、
   を有することを特徴とするガス検知装置。
2. 前記水分蓄積を検知する温度が、室温〜１５０℃の間に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のガス検知装置。
3. ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
   前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
   前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
   前記ガス検知層の水分蓄積を検知するための水分蓄積検知手段と、
   該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段と、
   を有し、
   前記雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定する
   ことを特徴とするガス検知装置。
4. ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
   前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
   前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
   前記ガス検知層の水分蓄積を検知するための水分蓄積検知手段と、
   該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段と、
   を有し、
   前記雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が小さい場合には、改めて水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合の直後の通常加熱に要する通電時間におけるガス検知層の抵抗値を測定し、それでも予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定する
   ことを特徴とするガス検知装置。
5. 水分蓄積回復手段をさらに有し、
   前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合であって、前記雑ガス影響判定手段による判定で雑ガスの影響が無かった場合は、前記水分蓄積回復手段が蓄積した水分を排除する回復処理を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のガス検知装置。
6. 前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするよう制御することを特徴とする請求項５に記載のガス検知装置。
7. 前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電する周期を前記所定の周期より短くするよう制御することを特徴とする請求項５に記載のガス検知装置。
8. 前記水分蓄積回復手段が、前記回復処理時だけ所定のヒータ温度より高くするよう制御することを特徴とする請求項５に記載のガス検知装置。
9. ガスとの接触により電気的特性が変化するガス検知層、および、該ガス検知層を加熱可能なヒータ層を有するセンサ素子と、
   前記ガス検知層を加熱するために、前記ヒータ層に所定の周期で間欠的に電圧を印加して所定の温度になるように通電するヒータ制御手段と、
   前記ヒータ層により加熱された前記ガス検知層の電気的特性に基づいてガスを検知するガス検知手段と、
   前記ガス検知層の水分蓄積を検知する水分蓄積検知手段と、
   該水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した後に、雑ガスの影響の有無を判定する雑ガス影響判定手段とを備えるガス検知装置における水分蓄積検知方法であって、
   前記水分蓄積検知手段は、前記ヒータ層にガス検知のための所定の温度より低い温度で通電した際の前記ガス検知層の電気的特性に基づいて、前記ガス検知層の水分蓄積を検知するとともに前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合には雑ガスの影響の有無を判定することを特徴とする水分蓄積検知方法。
10. 前記水分蓄積を検知する温度が、室温〜１５０℃の間に設定されていることを特徴とする請求項９に記載の水分蓄積検知方法。
11. 雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする請求項９に記載の水分蓄積検知方法。
12. 雑ガス影響判定手段は、水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合にはその直後の通常加熱に要する通電時間の略１／４通電した後にガス検知層の抵抗値を測定し、測定した抵抗値と予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値とを比較し、予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が小さい場合には、改めて水分検知駆動時に水分蓄積を検知した場合の直後の通常加熱に要する通電時間におけるガス検知層の抵抗値を測定し、それでも予め記憶させておいた前回の水分検知駆動直後の通常加熱に要する通電時間後に測定したガス検知層の抵抗値が大きい場合には雑ガスの影響があると判定することを特徴とする請求項９に記載の水分蓄積検知方法。
13. 水分蓄積回復手段をさらに有し、
    前記水分蓄積検知手段が前記ガス検知層の水分蓄積を検知した場合であって、前記雑ガス影響判定手段による判定で雑ガスの影響が無かった場合は、前記水分蓄積回復手段が蓄積した水分を排除する回復処理を行うことを特徴とする請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の水分蓄積検知方法。
14. 前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電時間を前記所定の通電時間より長くするよう制御することを特徴とする請求項１３に記載の水分蓄積検知方法。
15. 前記水分蓄積回復手段が、前記ヒータ層への通電する周期を前記所定の周期より短くするよう制御することを特徴とする請求項１３に記載の水分蓄積検知方法。
16. 前記水分蓄積回復手段が、前記回復処理時だけ所定のヒータ温度より高くするよう制御することを特徴とする請求項１３に記載の水分蓄積検知方法。