JPH01206249A - 火災検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ この発明は、金属酸化物半導体ガスセンサによる火災の
検出に関する。

［従来技術］ 火災初期に生じる５０ｐｐｍ程度のＣＯやＨ，を金属酸
化物半導体ガスセンサで検出し、火災の検出を行うとの
試みは広く知られている。この場合の問題は、ガスセン
サの消費電力が大きいことに有る。周知のように火災検
出装置の多くは、電池電源で動作することが要求される
ため、ガスセンサの消費電力はできる限り小さくしなけ
ればならない。

［発明の課題］ この発明は、金属酸化物半導体ガスセンサを用いた火災
検出装置の、消費電力を減少させることを課題とする。

［発明の構成］ この発明では、金属酸化物半導体とヒータとを有するガ
スセンサを用い、火災に伴うＣＯやＨ７の検出から火災
を検出する。ここで消費電力を減少させるため、ヒータ
には間欠的な電力パルスを加え、間欠的に金属酸化物半
導体を加熱する。１回の加熱時間は１００　ｍ５ｅｃ以
下、より好ましくは１０ｍ５ｅｃ以下で十分であり、ま
た加熱のデユーティ比はＩ／Ｉ　Ｏ以下、より好ましく
はＩ／１００以下で十分である。電力パルスの間隔を長
くし、パルスの幅を短くすると、ガスセンサの消費電力
は急激に減少する。そこで電池電源でもガスセンサを駆
動することが可能になる。

この発明の基本的着眼点は、ガスセンサの金属酸化物半
導体を短期間間欠的に加熱してもセンサは動作し、ガス
を検出し得ることを見出した点に有る。

［実施例コ 第１図に、実施例の回路図を示す。図において、Ｅｂは
例えば３Ｖの電池電源、２は例えば１０秒毎に幅０　、
４　ｍ５ｅｃのパルスを出力する発振回路である。セン
サ４には、金属酸化物半導体６とヒータ８とを設ける。

Ｔｒｌはスイッチングトランジスタで、リレー等の任意
のスイッチに変えても良い。発振回路２の出力でトラン
ジスタＴｒｉをオンさせ、短期間間欠的にヒータ８を発
熱さ仕る。

ｎｔはセンサ４の負荷抵抗、１２は負荷抵抗Ｒ１への電
圧のピーク値をサンプリングするためのピークホールド
回路、１４は比較回路で、抵抗Ｒ２，Ｒ３で定まる比較
電位とピークホールド回路１２の出力とを比較する。そ
してピークホールド回路Ｉ２の出力が比較電位を越える
と、火災と判断し、トランジスタＴｒ２を介してブザー
１６を鳴動させる。また必要に応じ、比較回路１４の出
力を外部出力Ｖ　ｏｕｔとして取り出す。トランジスタ
Ｔｒ２ら、任意のスイッチに変えることができる。なお
ここでは実施例を個別回路により示したが、全体をカス
タムＩＣ化、あるいはマイクロコンピュータ化しても良
い。更に、発光ダイオードや放射線等を用いた煙検出器
と併用しても良い。

第２図、第３図により、ガスセンサ４の構造を説明する
。このガスセンサ４では、直径２０μｍのＦｅ−Ｃｒ−
Ａｌ合金線をヒータ８とし、これに厚さ５０Ａ−１μｍ
程度の絶縁被覆２０（ここでは厚さ１μｍのＳｉｎ、被
覆）を施した。絶縁被覆２０の表面には、金属酸化物半
導体としての５ｎＯｔ膜６（膜厚１μｍ１好ましい範囲
は０．１μｆｆ１〜２０μｌ１１）を設けた。絶縁被覆
上には一対の電極２２．２２を設けて金属酸化物半導体
６に接続し、これを基板２４に設けた印刷電極２６．２
６に結合しである。なお印刷電極２６の一方は、ヒータ
８の電極に兼用する。ヒータ８の他端は、他の印刷電極
２８に結合する。第４図に、ガスセンサ４の全体図を示
す。ベース４０に３本のり−ド４２を設け、これに基板
２４をワイヤボンディングした。４４は防爆用の金網で
ある。ガスセンサ４は、周知技術に従った種々の変形が
可能である。例えば金網４４の外部に活性炭のフィルタ
ーを設け、エタノール等の妨害ガスを除去しても良い。

ここでは特定のガスセンサ４に付いて説明したが、これ
に限るものではない。金属酸化物半導体６は、ＩｎｚＯ
３やＺｎＯ等を利用したものでも良い。

また重要なことは、ヒータ８と金属酸化物半導体６とを
接近させ、パルス的な発熱でも金属酸化物半導体６を加
熱できるようにすることである。ヒータ８と金属酸化物
半導体６との距離を減少させると、ヒータ８を短時間発
熱させても、金属酸化物半導体６を加熱することができ
る。これに対して両者間の距離が大きいと、短い加熱パ
ルスでは金属酸化物半導体６を加熱することができない
。

次に重要なことは金属酸化物半導体６やヒータ８の熱容
量を小さくし、１回当たりの電力パルスのエネルギーを
小さくすることである。これらのことを考慮すると、好
ましいガスセンサの条件は以下のものとなる。第■こ金
属酸化物半導体をヒータに積層することである。積層に
より両省の距離を小さくすると、電力パルスの幅を小さ
（できる。

第２にヒータや金属酸化物半導体の熱容量を小さくする
ことである。このためには、金属酸化物半導体を膜状と
し、その厚さを例えば５０μｍ以下、より好ましくは２
０μｍ以下とすれば良い。

これらの条件が満たされれば、ガスセンサ４の構造は任
意である。例えば第５図のような変形例のガスセンサを
用いても良い。第５図において、５０はアルミナ基板、
５２は厚さ５０μｍ程度の断熱層で低熱伝導率のガラス
膜を用い、５４は厚さ２０μｍ程度のＲｕｂ、膜等のヒ
ータ、５６はヒータ５４の電極、５８は厚さ１０μｍ程
度の絶縁層でガラス材料等を用いる。６０は５ｎＯｔ等
の金属酸化物半導体の膜で、６２はその電極である。

変形例のガスセンサは熱容量の大きな基板５ｏを用いる
ため、連続して加熱すると消費電力は大きい。しかしこ
の発明の方法に従うと、消費電力は激減する。ヒータ５
４に短時間の、例えば幅１ｍ５ｅｃ程度の、電力パルス
を加えると、ヒータ５４とＳｎＯ，膜６０の間には薄い
絶縁膜５８しかないため、Ｓｎｏｗ膜６０は電力パルス
に追随して加熱される。一方基板５０とヒータ５４との
間には断熱層５２が存在するため、ヒータからの熱は基
板５０には余り伝わらない。従って、基板５０を昇温さ
仕ることなく、５ｎＯｔ膜６０のみを昇温さ仕ることが
可能になる。そして電力パルスの幅を短く、かつパルス
のデユーティ比を小さくすれば、消費電力は減少する。

第６図の動作波形を基に、装置の動作を説明する。ガス
センサ４を、ＣＯやＨ７の検出に適した温度２００〜２
５０℃に加熱するのに必要な電力は、ヒータ８に連続的
に電力を加える場合、約３０ｍＷａｔｔである。これに
対して実施例では、１０秒毎に１回０　、４　ｍ５ｅｃ
幅で電圧３Ｖの電力パルスをヒータ８に加えた。デユー
ティ比は１／２５０００、ヒータ８の抵抗値は４．５Ω
であり、実効電力は０　、０８　ｍＷａｔｔである。そ
してこの加熱条件でも、火災に伴うＣＯやＨ２を検出で
きる。即ちパルス的に電力をヒータ８に加えると、金属
酸化物半導体６の温度は図の（２）のように変化する。

図中、ＲＴは周囲温度を現す。電力パルスによる加熱に
伴い、センサ４の出力（負荷抵抗Ｒ１への電圧）は、図
の（３）のように変化する。図中、破線は清浄空気中で
の出力を、実線はＣＣ０１Ｏ０ｐｐ中での出力を意味す
る。そして火災に伴うＣＯやＨ２に対するセンサ出力を
ピークホールド回路１２でとらえ、火災を検出する。な
お第６図の（３）から明らかなように、センサ４の出力
の取り出しにはピーク値を用いる必要はなく、任意の時
点での出力を用い得る。また第６図（４）に示すように
、１個の電力パルスを多数のより細いパルスの群に変更
し、これらの全体を１個の電力パルスとして用いても良
い。

第７図に、１００　ｐｐｍのＣＯに対するセンサ４の応
答特性を示す。図の実線は、センサ４を連続加熱した場
合の応答特性を現しく消費電力３０ｍＷａｔｔ）、点線
は実施例での応答特性を示す。

電力パルスの条件を、−数的に検討する。センサ４の消
費電力は、電力パルスの幅を小さくする程減少する。そ
こでパルス幅の上限を１００ｍ５ｅｃとし、より好まし
くはｌｏｍｓｅｃ以下、更に好ましくは２　ｍ５ｅｃ以
下とした。消費電力は、電力パルスのデユーティ比を小
さくする程減少する。そこでデユーティ比はｌ／Ｉ　Ｏ
以下、好ましくはｌ／１００以下、更に好ましくはＩ／
１０００以下とした。電力パルスの間隔を実施例では１
０秒としたが、５分以下、より好ましくは３０秒以下で
あればセンサ４は動作する。しかし実施例の場合、電力
パルスに伴う出力のピークを用いるので、検出は実質上
電力パルスに同期して行なわれる。そこで検出の遅れを
考慮し、電力パルスの間隔を１５秒以下とすることが好
ましい。

次に電力パルスの幅の減少による消費電力の節減には、
限界がある。これはヒータから金属酸化物半導体への熱
伝導に時間を要することや、金属酸化物半導体の活性化
に時間を要することのためである。実施例の場合、電力
パルスの幅を２　ｍ５ｅｃ以下としても、消費電力は余
り変わらない。しかし電力パルスの幅を更に小さくして
もガスを検出し得ることは同じであり、パルス幅の下限
には特に意味はない。従って電力パルスの幅の下限は回
路的に可能な範囲とすれば良く、例えばｌμｓｅｃ以上
とすれば良い。実施例のガスセンサ４に付いて、はぼ同
じＣＯ感度が得られる加熱条件を表１に示す。

連続加熱　　　　　　０．３６Ｖ　　　３０ｍＷａｔｔ
１０ｍｓｅｃ／　１０ｓｅｃ　　　　　Ｉ　、　５　Ｖ
　　　　　Ｏ、５ｍＷａｔｔ２ｍｓｅｃ／　１Ｏｓｅｃ
　　　　　ｌ　、　５　Ｖ　　　　　Ｏ、ｌ　ｍＷａｔ
ｔ１ｍｓｅｃ／　１０ｓｅｃ　　　　　１　、８　Ｖ　
　　　　Ｏ、０７ｍＷａｔｔｏ、４ｍ５ｅｃ／　１Ｏｓ
ｅｃ　　　　３　Ｖ　　　　　　　Ｏ、０８ｍＷａｔｔ
［発明の効果］ この発明では、ガスセンサの消費電力を減少させ、火災
の検出を容易にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の回路図である。 第２図は、実施例に用いたガスセンサの要部正面図であ
る。 第３図は、第２図の■−■方向要部拡大断面図である。 第４図は、実施例に用いたガスセンサの全体構造を現す
、部分切り欠き部付き正面図である。 第５図は、他のガスセンサの要部断面図である。 第６図（１）〜（４）は実施例の特性を現す波形図で、
第６図（１）は電力パルスの波形図、第６図（２）はセ
ンサ温度の波形図、第６図（３）はセンサ出力の波形図
である。また第６図（４）は、変形した電力パルスを現
す波形図である。 第７図は、実施例の応答特性を示す特性図である。 図において、２　発振回路、 ４　ガスセンサ、６．６０　金属酸化物半導体、８．５
４　ヒータ、２０　絶縁被覆 １２　ピークホールド回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体と
   ヒータとを有するガスセンサにより、火災を検出する方
   法において、 前記ヒータには間欠的に電力パルスを加えて、前記金属
   酸化物半導体を１００ｍｓｅｃ以下の時間間欠的に加熱
   し、 この加熱により金属酸化物半導体を活性化して、火災に
   伴う可燃性ガスの検出から火災を検出することを特徴と
   する、火災検出方法。
2. （２）ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体と
   ヒータとを有するガスセンサを用いた火災検出装置にお
   いて、 ガスセンサの金属酸化物半導体の抵抗値の変化を検出す
   るための手段と、 １回の幅が１００ｍｓｅｃ以下で、かつデューティ比が
   １／１０以下のパルスを間欠的に出力する、パルス発生
   手段と、 このパルス発生手段のパルスにより動作して、ガスセン
   サのヒータを電源に接続するスイッチとを設けたことを
   特徴とする、火災検出装置。