JPH0524209Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の利用分野］ この考案は微分法を用いた、空気清浄機の制御
用のガス検出装置に関する。

［従来技術］ 実公昭62−42364号公報は、ガスセンサ出力の
時間微分からガスを検出することを開示してい
る。時間微分を用いる際の特徴は、検出速度が高
い点に有る。そして微分法によるガスの検出は、
ガス漏れの検出（特開昭58−60249）や、雰囲気
の汚染検出による空調の制御（特開昭62−
294949）、低濃度の一酸化炭素の検出等に広く用
いられている。ここで特開昭58−60249号公報は、
微分の時定数を変更してガス濃度の急激な変化と
緩やかな変化とを識別することを開示し、特開昭
62−294949号公報は、デジタル微分を用いて汚染
検出をすることを開示している。

微分法はセンサ出力の急激な変化の検出に適し
ている。しかしその反面、センサ出力の緩慢な変
化の検出には適していない。またセンサ出力が急
激に変化する場合でも、ガス濃度が定常値に近付
くと微分出力は減少してしまう。定常値への移行
による出力の減少過程を第４図に示す。今、ガス
濃度が階段状に変化したとする（第４図１）。セ
ンサの出力はこれに応答し、微分出力は図の３の
ような特性を示す。ここでガス濃度の変化へのセ
ンサの応答が完了すると、微分出力は消えてしま
う。

［考案の課題］ この考案の課題は、短時間微分手段でセンサ出
力の急激な変化を検出して空気清浄機を速やかに
動作させ、長時間微分手段でガス濃度減少による
センサ出力の緩慢な変化を検出して空気清浄機を
停止させるとともに、ガス濃度が減少しないとき
にはセンサ出力の増加の程度にほぼ比例した時
間、空気清浄機を動作させて、空気清浄機の運転
制御を行うことにある。

［考案の構成］ この考案は、ガスセンサ出力の時間微分からガ
スを検出して空気清浄機を制御するための空気清
浄機用のガス検出装置において、 短時間でのセンサ出力の変化を検出するための
短時間微分手段と、 長時間でのセンサ出力の変化を、センサ出力の
デジタル微分により微分して検出するための長時
間微分手段とを設けて、 短時間微分手段の出力が第１の所定値以上で空
気清浄機を動作させると共に、長時間微分手段の
出力が第２の所定値以下で空気清浄機を停止させ
るようにしたことを特徴とする。

ガスの発生を短時間微分手段で検出し、速やか
に空気清浄機を動作させる。またガス濃度の減少
は長時間微分手段で検出し空気清浄機を停止させ
る。ガス濃度が減少しないときは、センサ出力の
増加の程度にほぼ比例した時間、空気清浄機の運
転を継続する。

センサ出力の長時間微分には、現在のセンサ出
力とかなり以前のセンサ出力とを比較せねばなら
ない。アナログ回路に長時間前の信号を記憶させ
ることは困難であり、長時間微分はデジタル微分
で処理する。

［用語法］ この明細書では、センサ出力は検出対象ガス濃
度の増加により増すものとして示した。しかしセ
ンサの種類や検出対象ガスの種類によつては、ガ
ス濃度の増加により出力が減少することも有る。
この場合は、出力の増加、減少の意味をこの明細
書と逆に解釈すれば良い。

［実施例］ 第１図に実施例の回路構成を示す。図におい
て、２は適宜の電源、４は金属酸化物半導体６の
抵抗値の変化を用いたガスセンサ、８はそのヒー
タである。ここではセンサ４に、SnO2の抵抗値
の変化を用いたものを用いた。なおセンサには、
これ以外に接触酸化触媒での可燃性ガスの燃焼熱
からガスを検出するようにした接触燃焼式ガスセ
ンサ、あるいはZrO2やアンチモン酸等の固体電
解質の起電力等を用いたセンサ等の、任意のガス
センサを用い得る。

１０はセンサ４の負荷抵抗である。負荷抵抗１
０への電圧Ｖ等をセンサ４の出力とする。

１２は信号処理用のマイクロコンピユータで、
例えば４ビツト〜８ビツトのワンチツプ・マイク
ロコンピユータを用いる。１４はセンサ出力Ｖを
Ａ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄコンバータ、１６は
算術論理演算ユニツト、１８はタイマで、微分に
必要な時間信号（T1，T2）を取り出すため用い
る。

２０は、短時間微分に関するデータを記憶する
ためのRAMである。RAM２０には、間隔T1で
サンプリングしたセンサ出力Ｖを、最新のデータ
Jnから最も古いデータJ1−ｎまで2N個（Jn〜J1
−ｎ）記憶させる。この内、（Jn〜J1）を現在に
関するデータとし、（J0〜J1−ｎ）を過去に関す
るデータとする。

２２は、長時間微分に関するデータを記憶する
ためのRAMである。RAM２２にも、RAM２０
と同様、間隔Ｔ２でサンプリングした2N個のデ
ータ（Kn〜K1−ｎ）を記憶させる。（Kn〜K1）
を現在に関するデータとし、（K0〜K1−ｎ）を
過去のデータとする。

RAM２０，２２で複数のデータを用いたの
は、一時的ノイズの影響を避けるためであり、実
施例ではＮは４個、T1は15秒、T2は５分とし
た。これは短時間微分として１分程度の間のセン
サ出力Ｖの変化を、長時間微分として20分程度の
間のＶの変化を監視することを意味する。そして
持続時間がT1やT2より小さい信号は、微分結果
には現れない。

２４はガスの検出信号Ｐを記憶するRAMで、
短時間微分での検出信号P1、長時間微分での検
出信号P2のいずれかでＰをセツトする。３０は
負荷の空気清浄機で、Ｐ＝１で空気清浄機３０が
動作し、Ｐ＝０で停止する。

第２図、第３図により、装置の動作を示す。今
センサ出力Ｖが、第２図のように変化したとす
る。ここでは３種類の出力波形を示す。センサ出
力の立ち上がり点から、勾配の異なる２本の破線
を引き、勾配の急な破線は短時間微分に、勾配の
緩やかな破線は長時間微分に対応する。実施例で
の検出特性は、Ｖが勾配の急な破線以上の値を示
す時に空気清浄機３０を動作させ、Ｖが勾配の緩
やかな破線以下の値を示す時に空気清浄機３０を
停止させることに等しい。ここで勾配が急な破線
の示す値を第１の所定値とし、勾配が緩やかな破
線の示す値を第２の所定値とする。ガス発生によ
るセンサ信号の立ち上がりは、短時間微分で検出
でき、Ｖが第１の所定値以上になれば、検出信号
は第２図の下部のようにオンする。短時間微分に
よる検出信号が失われた後も長時間微分による信
号は維持されるので、空気清浄機３０は運転を継
続する。

ガス濃度が減少し、長時間微分による出力値が
減少して第２の所定値以下になると、検出信号は
オフになり空気清浄機３０の運転は停止する。第
２図から分かるように、センサ信号の増加が著し
いほど長時間微分の出力値が第２の所定値以下に
なるのに時間がかかり、その間空気清浄機３０は
運転を継続する。即ち長時間微分を用いれば、発
生したガスの濃度に応じて空気清浄機３０の運転
時間が定まる。

このように２つの微分を組み合わせると、セン
サ出力の急激な変化も緩やかな変化も検出するこ
とができる。次に各微分の特徴は、以下の点に有
る。短時間微分は、検出までの時間が短いが、ノ
イズの影響を受けやすいため勾配を急にせねばな
らない。長時間微分は検出までの時間が長く、検
出速度の改善には有効ではない。しかしノイズの
影響は小さく、緩やかな変化をも検出できる。

第３図に移り、動作フローチヤートを説明す
る。電源を投入すると例えば２分間待機し、デー
タの初期化を行う。初期化は、例えば各データ
Jn〜J1−ｎ、及びKn〜K1−ｎにその時点でのセ
ンサ出力Ｖを代入することで行う。次いでT1、
あるいはT2の経過毎に、短時間微分処理あるい
は長時間微分処理を行う。

短時間微分処理では、データJn〜J1−ｎを１
個分ずつ過去の側にシフトさせ、最新の値Jnに
現在のＶを代入する。次ぎに現在の側のデータJ1
〜Jnを用い、以下の値を求める。

J1／１＋J2／２＋……＋Jn／Ｎ これはセンサ出力が直線的に変化した際の勾配
に対応する。即ち出力が直線的に変化すると、区
間２での変化は区間１での変化の２倍、区間ｎで
の変化は区間１での変化のｎ倍のはずである。そ
こで各Jnをｎで割り、加算することにより、区
間１〜ｎでの平均勾配が得られる。過去のデータ
J0〜J1−ｎを平均化し、重み因子の差に応じた定
数C1を加味して、差を求める。この差Ｊを短時
間微分値とし、これが△１以上でガス検出信号
P1を１にセツトする。なおＪの演算条件を変え、
対数微分に対応したものとしても良い。このため
には、例えばＪを次の式で求めれば良い。

Ｊ＝（J1＋J2／２＋……＋Jn／Ｎ）／（J0＋Ｊ−
１＋……J1−ｎ）−C1 長時間微分でも、同様の処理により微分値Ｋを
得る。しかしここでは、現在の側のデータK1〜
Knを単純に平均化したものを微分に用い、Ｊの
算出の場合のような勾配を重視した処理は省略し
た。また検出の条件△２は、長時間持続する大き
な信号をとらえることを目的とするため、△１よ
りも大きくした。そして長時間微分でのガスの検
出信号をP2とし、P1またはP2のいずれかが１
で、ガスが存在するものとし、空気清浄機３０を
動作させる。

なお長時間微分ではT2経過毎に処理を行うが、
P1＝１で空気清浄機３０が動作した後にT2を起
動させて、長時間微分処理を開始するようにして
も良い。

これらの微分処理において、現在及び過去のデ
ータにそれぞれ複数の点の値を用いたのは、ノイ
ズの影響を除去するためである。例えば空調の場
合、ノイズ信号の持続時間は一般に10秒程度であ
る。短時間微分の場合、Ｎを４、Ｖのサンプリン
グ間隔を15秒とすると、60秒間の信号を平均化し
て処理することになる。これはノイズの持続時間
よりも十分長く、ノイズの影響は失われる。長時
間微分の場合、サンプリング間隔は５分で、複数
の点での信号を用いれば、ノイズの影響はほとん
ど現れない。

次に実施例では、時間T1、T2毎に微分を行う
にもかかわらず、データT1やT2よりも十分長い
時間のものを用いている。この結果、ノイズを除
きながら、検出の遅れを抑制することができる。

これらの処理による動作特性は第２図のものに
等しく、ガスの発生を速やかに検出できると共
に、長時間微分による検出信号P2が失われるま
での間、検出信号を持続させ空気清浄機３０の運
転を継続することができる。

［考案の効果］ この考案では、短時間微分手段でセンサ出力の
急激な変化を検出して空気清浄機を速やかに動作
させ、長時間微分手段でガス濃度減少によるセン
サ出力の緩慢な変化を検出して空気清浄機を停止
させるとともに、ガス濃度が減少しないときには
センサ出力の増加の程度にほぼ比例した時間空気
清浄機を動作させ、空気清浄機の運転制御を行う
ことを可能にする。また長時間微分にはデジタル
微分を用いるので、微分を容易に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は基本的の回路図、第２図はその特性
図、第３図は実施例の動作フローチヤート、第４
図は従来例の特性図である。 図において、４……ガスセンサ、１２……マイ
クロコンピユータ、１４……Ａ／Ｄコンバータ、
１６……算術論理演算ユニツト、２０……短時間
微分用データRAM、２２……長時間微分用デー
タRAM。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ガスセンサ出力の時間微分からガスを検出して
   空気清浄機を制御するための装置において、 短時間でのセンサ出力の変化を検出するための
   短時間微分手段と、 長時間でのセンサ出力の変化を、センサ出力の
   デジタル微分により微分して検出するための長時
   間微分手段とを設けて、 短時間微分手段の出力が第１の所定値以上で空
   気清浄機を動作させると共に、長時間微分手段の
   出力が第２の所定値以下で空気清浄機を停止させ
   るようにしたことを特徴とする、空気清浄機用の
   ガス検出装置。