JP7108282B2 - ガス検出システム - Google Patents

Description

本発明は、大気中のガス濃度の変動を検出するガス検出センサー装置を有するガス検出システムに関する。

ガス検出センサー装置は、家庭用のプロパンガス警報器や自動車等に広く用いられており、大気中に含まれる特定のガス（化学物質）を検出する。近年では、大気汚染や化学物質過敏症等への懸念から、空気清浄器やエアコン等に同様の機能を内蔵するものもある。

ガス検出センサー装置に内蔵され、ガス濃度を検出するガスセンサーの一つに半導体式ガスセンサーがある。半導体式ガスセンサーは、半導体素子の成分等を変えることによって様々な種類のガスに対応することができ、低コストであるため、広く利用されている。

この半導体式ガスセンサーを内蔵したガス検出センサー装置を用いてガス濃度を検出すると、使用環境によってはその検出値が安定せず、また製品によってバラつき（機差）が大きいことがある。半導体式ガスセンサーの感度特性は、ガスの濃度だけではなく、周囲環境の温度や湿度、大気の流れ等によっても変動することが一因と考えられる。

また、半導体式ガスセンサーの半導体素子の成分は、製造上厳密には一様でなく、それによってガス検出センサー装置の感度特性に機差が生じていると考えられる。このため、複数台のガス検出センサー装置により異なる周囲環境のガス濃度を検出しても、機差によりそれらを正しく比較できない。

本発明は、上記した課題に着目してなされたものであり、ガス検出センサー装置の感度特性の機差を補正でき、異なる周囲環境におけるガス濃度の比較が容易に行えるガス検出システムを提供することを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明に係るガス検出システムは、複数台のガス検出センサー装置と、前記ガス検出センサー装置と通信可能なコンピューターとを有し、前記コンピューターは、前記ガス検出センサー装置のうち１台を基準装置とし、その出力値を基準値とする時、前記基準装置以外のガス検出センサー装置の出力値を前記基準値を基に補正すると共に、前記コンピューターの表示部又は前記コンピューターに接続された外部の表示端末に、前記出力値を装置別に表示することを特徴とする。

上記したガス検出システムは、コンピューターが基準装置の出力値（基準値）を基に、基準装置以外のガス検出センサー装置の出力値を補正することによって、ガス検出センサー装置間の機差を埋め合わせることができる。また、複数台のガス検出センサー装置をコンピューターと通信させることによって、物理的に離れた場所や異なる空間（異なる周囲環境）におけるガス濃度を測定し、各ガス検出センサー装置の出力値をコンピューターの表示部又はコンピューターに接続された外部の表示端末に表示させる。この際、出力値を装置別に表示させることによって、異なる周囲環境におけるガス濃度の比較が容易に行える。

具体的には、最初に、複数台のガス検出センサー装置を同一空間（同一の周囲環境）に設置して出力値を測定し、測定データをコンピューターに記憶しておく。次に、各装置を所望の測定空間（異なる周囲環境）に設置して出力値を測定し、記憶された同一の周囲環境における測定データを基に、コンピューターがその他のガス検出センサー装置の出力値を補正する。これによって、ガス検出センサー装置が複数台ある場合においても、各装置の感度特性の機差を補正することができ、異なる周囲環境におけるガス濃度の比較が正しく行える。

本発明によれば、ガス検出センサー装置の感度特性の機差を補正でき、異なる周囲環境におけるガス濃度の比較が容易に行えるガス検出システムを実現できる。

本発明に係るガス検出システムの一実施形態の全体構成を示す概略ブロック図である。 図１に示すガス検出センサー装置の一実施形態を示す図である。 図１に示すコンピューターに表示された画面表示の一実施例である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るガス検出システムの一実施形態の全体構成を示す概略ブロック図である。

図１に示されるように、ガス検出システム５００は、複数台のガス検出センサー装置１００と、ガス検出センサー装置と通信可能なコンピューター３００とを有する。ガス検出センサー装置１００は２台以上であれば台数に制限はなく、図１に識別番号Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１～Ｕｎｉｔ Ｎｏ．ｎで示すように、任意のｎ台とすることができる。

前記ガス検出センサー装置１００と前記コンピューター３００は通信手段２００により接続されており、その接続方式は有線、無線によらず、その通信方式も限られない。また、通信手段２００はシリアル・ポート（通信規格ＲＳ－４２２）のように両者を直接的に接続するものだけでなく、インターネット等の通信ネットワークを介して接続するものであってもよい。

前記コンピューター３００は、前記通信手段２００を通じて、前記複数台のガス検出センサー装置１００からそれぞれの出力値を受信する。ここで、コンピューター３００は、各ガス検出センサー装置１００の出力値を装置別に識別できるようにデータ受信する。例えば、通信手段２００が有線の場合、コンピューター３００のポート番号で識別したり、通信手段２００が無線の場合、各ガス検出センサー装置１００にあらかじめ識別番号が付与されることによって識別可能となる。

本実施形態に係るガス検出システム５００は、前記複数台のガス検出センサー装置１００のうち任意の１台を選択して基準装置とする。図１においてはＵｎｉｔ Ｎｏ．１が基準装置１００Ａである。そして、コンピューター３００は、この基準装置１００Ａの出力値（基準値）を基に、基準装置１００Ａ以外のガス検出センサー装置（以下、補正装置１００Ｂと記す）の出力値を補正して出力する。この補正によって、ガス検出センサー装置１００の機差を埋め合わせることができる。

具体的には、最初（測定開始時、又は開始前）に、基準装置１００Ａ及び補正装置１００Ｂを同一の周囲環境に設置して出力値を測定し、基準装置１００Ａの出力値を基準値としてコンピューター３００に記憶する。また、補正装置１００Ｂについても各出力値、又は各出力値と基準値との差分をコンピューター３００に装置別に記憶しておく。

各ガス検出センサー装置１００が後述する記憶部１９０を備える場合には、必ずしもコンピューター３００に記憶しておく必要はなく、これらの数値を記憶部１９０に記録しておいてもよい。

ここで、同一の周囲環境とは温度、湿度、風の向き、ガス濃度等、ガス検出センサー装置１００の出力値の変動を引き起こす要因となる環境条件が同一、又は同一に限りなく近い環境を意味するものとする。また、これら以外の場合を異なる周囲環境とする。

次に、基準装置１００Ａ及び補正装置１００Ｂをそれぞれ所望の測定空間（異なる周囲環境）に設置して出力値を測定する。これらの異なる周囲環境における測定値、及び前記同一周囲環境における測定値を用いて、コンピューター３００は、補正装置１００Ｂの出力を補正する。

この補正処理は、本実施形態においては比例配分で実施している。具体的には、同一の周囲環境における基準装置１００Ａの出力値をＯｕｔＡ１、補正装置１００Ｂの出力値をＯｕｔＢ１、異なる周囲環境における基準装置１００Ａの出力値をＯｕｔＡ２、補正装置１００Ｂの出力値をＯｕｔＢ２とする時、補正後の補正装置１００Ｂの出力値ＯｕｔＢ２＿ｃｏｒは次式で表される。

上記した補正処理は、基準装置１００Ａ（識別番号Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１）以外の各ガス検出センサー装置１００Ｂ（識別番号Ｕｎｉｔ Ｎｏ．２～Ｕｎｉｔ Ｎｏ．ｎ）についてそれぞれ行う。これによって、基準装置１００Ａを基準として各補正装置１００Ｂの出力値を補正できるため、識別番号Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１からＵｎｉｔ Ｎｏ．ｎまでの全てのガス検出センサー装置１００の感度特性の機差を埋め合わせることができる。

なお、ガス検出センサー装置１００の出力の時間変動が大きい場合には、所定時間にわたってガス検出センサー装置１００の出力値を計測して、その測定値の平均化、平滑化処理等を行うことによって、上記した基準装置１００Ａの出力値ＯｕｔＡ１、ＯｕｔＡ２、補正装置１００Ｂの出力値ＯｕｔＢ１、ＯｕｔＢ２を算出することが好ましい。

また、ガス検出センサー装置１００の出力が温度や湿度によって変動が大きい場合には、各装置の設置場所周辺の温度や湿度の違いによっても、ガス検出センサー装置１００の感度特性の機差が生じてしまうことがある。この場合には、さらに、温度、湿度に対してもガス検出センサー装置１００の出力値を補正することが好ましい。

具体的には、温度又は湿度の少なくともいずれか一方を測定する温湿度センサーを各ガス検出センサー装置１００に設けるか、その周辺に設ける。この計測された温度、湿度から、ガス検出センサー装置１００の温度特性、湿度特性に基づき、コンピューター３００がガス検出センサー装置１００の出力値を補正する。温度特性及び湿度特性のデータをあらかじめコンピューター３００に記憶しておき、補正時に、これらのデータ・テーブルや擬似近似式を参照すると、温度、湿度に対してガス検出センサー装置１００の出力値を補正することができる。

次に、図２を参照し、ガス検出センサー装置１００について説明する。本実施形態において、ガス検出センサー装置１００は、特定ガス濃度に応じて内部抵抗が変化するガスセンサー１１０と、ガスセンサー１１０の出力を測定する測定部１２０と、温度又は湿度の少なくともいずれか一方を測定する温湿度センサー１７０と、測定部１２０の測定値、温湿度センサー１７０の測定値等を外部に出力するためのデータ入出力部１６０と、これら各部を制御する制御部１８０を備える。また、数値計算を行う演算部１３０、測定値等を表示する表示部１５０、測定値等を記憶しておく記憶部１９０を備えていてもよく、データ入出力部１６０は外部からのデータ入力を許容する機能を有するものであってもよい。

ガスセンサー１１０は一つ以上備えられていればよいが、本実施形態においては、ガス濃度に対する感度特性の異なる３つのガスセンサー１１０（Ｓｅｎｓｏｒ１～Ｓｅｎｓｏｒ３）が配置されており、各ガスセンサー１１０に測定部１２０がそれぞれ接続されている。ガスセンサー１１０は、設置された大気中のガス濃度に応じて内部抵抗が変化するセンサーであれば種類は限られないが、小型で低コストである半導体式ガスセンサーを用いることが好ましい。半導体式ガスセンサーは、構成材料である金属酸化物半導体の組成によって検知できるガスの種類が異なるため、複数種類のガスセンサーを備えることによってより多くの種類のガスを検出できるようになる。

前記測定部１２０は、ガスセンサー１１０の内部抵抗に負荷抵抗（図示せず）を直列接続し、その負荷抵抗の電圧を、ガスセンサー１１０の出力に対応するデータとして測定している。ただし、測定部１２０の構成はこれに限られず、ガスセンサー１１０の内部抵抗の電圧や、内部抵抗に流れる電流等をガスセンサー１１０の出力に対応するデータとして測定できる構成であればよい。

ガス検出センサー装置１００は、初期測定モードと通常測定モードとを切り替えるスイッチ１４０をさらに備える。初期測定モードは、測定の開始時又は開始前に、各ガス検出センサー装置１００を同一の周囲環境に設置してガスセンサー１１０の出力を測定するために用いられるモードであって、通常測定モードは、現在時点において各ガス検出センサー装置１００を異なる周囲環境に設置してガスセンサー１１０の出力を測定するために用いられるモードである。

このスイッチ１４０は必ずしも必要ないが、これによって測定モードを２種類用意可能となる。測定モードによって、コンピューター３００は測定頻度、測定したデータの平均化・平滑化処理、測定データの記憶処理を変更することができるようになり便利である。例えば、本実施形態においては、初期測定モードの測定データは、記憶部１９０内の不揮発性記録媒体（例えばＥ２ＲＯＭ）に記憶されるようになっている。これにより、停電等が発生した場合であっても、記憶部１９０に記憶された初期測定モードの測定データを読み出し可能となっている。

初期測定モードにおける基準装置１００Ａの出力値は、上記した同一の周囲環境における基準装置１００Ａの出力値ＯｕｔＡ１、初期測定モードにおける補正装置１００Ｂの出力値は、同一の周囲環境における補正装置１００Ｂの出力値ＯｕｔＢ１である。同様に、前記通常測定モードにおける基準装置１００Ａの出力値は上記した異なる周囲環境における基準装置１００Ａの出力値ＯｕｔＡ２、通常測定モードにおける補正装置１００Ｂの出力値は異なる周囲環境における補正装置１００Ｂの出力値ＯｕｔＢ２である。

前記出力値ＯｕｔＢ２は、既述したようにコンピューター３００によって補正され、補正後の補正装置１００Ｂの出力値ＯｕｔＢ２＿ｃｏｒは上記式（１）で算出される。さらに、温度、湿度に対してガス検出センサー装置１００の出力値を補正する場合には、各装置の温湿度センサー１７０の測定値に応じて、前記出力値ＯｕｔＡ２、及び前記補正後の出力値ＯｕｔＢ２＿ｃｏｒを補正する。温度、湿度に対する補正方法は特に限られず、例えばガスセンサー１１０の温度特性、湿度特性のデータ・テーブルや擬似近似式を参照する方法を用いることができる。

また、本実施形態においては、コンピューター３００は、前記出力値ＯｕｔＡ２、及び前記補正後の出力値ＯｕｔＢ２＿ｃｏｒ（温度、湿度補正を行う場合には、その補正後の値）を前記出力値ＯｕｔＡ１の相対値とするため、比率ＯｕｔＡ２／ＯｕｔＡ１、ＯｕｔＢ２＿ｃｏｒ／ＯｕｔＡ１を算出する。前記出力値ＯｕｔＡ１の相対値とすることによって、Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１とＵｎｉｔ Ｎｏ．２の出力値の比較がより容易に行える。なお、これらの算出はコンピューター３００でなく、演算部１３０によって行われてもよい。

次に図３を参照し、コンピューター３００の表示部（又はコンピューター３００に接続された外部の表示端末）に表示された画面表示の一例を示す。図３は、２台のガス検出センサー装置１００（Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１とＵｎｉｔ Ｎｏ．２）を含むガス検出システム５００におけるコンピューター３００の画面表示である。画面上部のグラフ欄３１０に、Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１（基準装置１００Ａ）とＵｎｉｔ Ｎｏ．２（補正装置１００Ｂ）のデータが折れ線グラフにて表示されている。グラフの線種（濃淡）により、どちらの装置のデータであるかが識別可能となっているが、色別に表示する等、その識別方法は限定されない。

また、図３において画面下部の数値表示欄３２０には、測定開始日時や、温度補正の有無、通信手段２００であるシリアル・ポートのポート番号、各ガス検出センサー装置の温度、湿度等が表示され、各種条件や測定データを具体的に把握可能となっている。図３の表示例の場合、Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１とＵｎｉｔ Ｎｏ．２の各温度、湿度のデータも測定され、温度補正が有と選択されている。

画面上部のグラフ欄３１０には、３つのガスセンサー１１０（Ｓｅｎｓｏｒ１～Ｓｅｎｓｏｒ３）について、各ガスセンサーが感知する主なガスの種類（アルデヒド類、ＴＶＯＣ、臭いセンサー）が表記され、各ガスセンサー１１０の出力に対応する前記比率ＯｕｔＡ２／ＯｕｔＡ１、ＯｕｔＢ２＿ｃｏｒ／ＯｕｔＡ１の経時変化が、それぞれ折れ線グラフにてグラフ表示されている。縦軸の算出データは対数表示であり、横軸の時間軸の目盛は、測定の経過と共に自動更新され、それぞれ折れ線グラフは自動スクロール表示される。

上述したように、Ｕｎｉｔ Ｎｏ．２のデータは、Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１に合わせて補正処理されており、Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１との比較が正しく行えるものとなっている。また、温度補正が有と選択されているため、前記比率ＯｕｔＡ２／ＯｕｔＡ１、ＯｕｔＢ２＿ｃｏｒ／ＯｕｔＡ１は、Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１とＵｎｉｔ Ｎｏ．２の各測定温度に基づき、温度補正されたデータとなっている。さらに、Ｕｎｉｔ Ｎｏ．１とＵｎｉｔ Ｎｏ．２の出力は同時に測定され、画面上においてリアルタイムで比較が可能となっている。

以上のように、このようなガス検出システム５００によれば、ガス検出センサー装置１００のうち１台を基準装置１００Ａとし、この基準装置の出力値を基に、基準装置以外のガス検出センサー装置（補正装置１００Ｂ）の出力値を補正することによって、各ガス検出センサー装置１００の機差を埋め合わせることができる。また、機差を補正した出力値を基準値に対する相対値（比率）としてコンピューター３００の表示部にグラフ表示させることによって、異なる周囲環境におけるガス濃度を容易に比較することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は、上記した実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。例えば、本実施形態においては、コンピューター３００によって、補正装置１００Ｂの出力値を補正しているが、同様の機能を実現できる外部端末であれば、スマートフォン等であってもよく、分散コンピューティング等を用いて、ネットワーク空間上に仮想的に存在しているものでもよい。

１００ ガス検出センサー装置
１００Ａ 基準装置
１００Ｂ 補正装置
１１０ ガスセンサー
１２０ 測定部
１３０ 演算部
１４０ スイッチ
１５０ 表示部
１６０ データ入出力部
１７０ 温湿度センサー
１８０ 制御部
１９０ 記憶部
２００ 通信手段
３００ コンピューター
５００ ガス検出システム

Claims (4)

1. 複数台のガス検出センサー装置と、
   前記ガス検出センサー装置と通信可能なコンピューターとを有し、
   前記コンピューターは、前記ガス検出センサー装置のうち１台を基準装置とし、その出力値を基準値とする時、前記基準装置以外のガス検出センサー装置の出力値を前記基準値を基に補正すると共に、前記コンピューターの表示部又は前記コンピューターに接続された外部の表示端末に、前記出力値を装置別に表示する ガス検出システムであって、
   同一の周囲環境における前記基準装置の出力値をＯｕｔＡ１、同一の周囲環境における前記基準装置以外の前記ガス検出センサー装置である補正装置の出力値をＯｕｔＢ１、異なる周囲環境における前記基準装置の出力値をＯｕｔＡ２、異なる周囲環境における前記補正装置の出力値をＯｕｔＢ２とする時、補正後の前記出力値ＯｕｔＢ２＿ｃｏｒは次式により算出される
   

   

   
   ことを特徴とするガス検出システム。
2. 前記コンピューターの表示部又は前記表示端末に、前記出力値が装置別に表示される際、グラフ表示されると共に、前記グラフの時間軸は自動スクロールされる
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス検出システム。
3. 前記ガス検出センサー装置は、ガス濃度に対する感度特性が異なる複数のガスセンサーを備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス検出システム。
4. 前記ガス検出センサー装置は、温湿度センサーを備えており、
   前記コンピューターは、ガス検出センサー装置の出力値を前記温湿度センサーの出力を基に補正する
   ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のガス検出システム。

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