JPH068544Y2 - アルコ−ル検知器 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、被検空気中に含有されているアルコールを
検知するためのアルコール検知器に関し、さらに詳しく
は、呼気に含有されているアルコール濃度を何らかの基
準値と比較するに適したアルコール検知器に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種のアルコール検知器としては、酸化スズ系
半導体と、その酸化スズ系半導体を加熱するヒーターと
で構成したガス検出部を設け、そのガス検出部により、
被検空気中に含まれるアルコールを検知させ、その時の
出力信号を、所定の基準値と比較することで、アルコー
ル濃度を検出させるものがあった（特開昭55-52938号公
報参照）。

〔考案が解決しようとする問題点〕

一般に、アルコールを検出する場合にはアルコールを含
む気体を検知したときに、そのアルコール濃度を瞬時に
判定することが望ましい。例えば、酒気帯び運転や酒酔
い運転の取締まりの目的で、自動車運転者の呼気中のア
ルコール濃度を検査するケースである。

通常、１回分の呼気の中で初めから終りまで一定の濃度
でアルコールが含有されていることはなく、呼気の初め
の部分には周囲の空気が多量に混入しやすいものである
が、最も濃度の高いアルコールが吐き出されやすく、上
述のような場合、空気中に開放状態におかれている検知
器へ向けて呼気を吹きつけると、時間の経過に伴って、
呼気中のアルコールが周囲の空気で希釈され、実際のア
ルコール濃度よりも低い濃度を検出することになり、つ
まり、飲酒の度合についての判定を誤ることにもなりか
ねない。従って、瞬時にアルコール濃度の最大値を検知
して飲酒の度合いを判定することが望ましいわけであ
る。

ところが、上述のようなアルコール検知器においては、
前記ガス検出部の感度が低く、応答性が低いために、被
検空気中のアルコール濃度を、一定量の被検空気中に含
まれる平均量として算出する構成にせざるを得ないもの
であった。また、被検空気に含まれるアルコール濃度の
経時的な変化を連続的に検知し、それにともない時間的
に変化する前記ガス検出部からの出力信号をもって、そ
のアルコール濃度の最大値を検出したとしても、そのア
ルコール選択性ガスセンサの応答性は低いので、必ずし
も正確な最大値を検知したことにはならなかった。その
ため、上述のように、やはりアルコール濃度の最大値を
検出することでより正確な飲酒の度合いを判定したこと
にはならないのが実情であり、実際に、アルコール濃度
の最大値をもって判定することは困難であった。

そこで本考案の目的は、アルコール濃度の最大値を、よ
り正確に検出することでアルコール濃度を判定できるア
ルコール検知器を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成するための本考案のアルコール検知器の
特徴構成は、少なくとも一種のアルカリ土類元素の酸化
物を担持した酸化スズ微粒子の焼結体である酸化スズ半
導体と、この酸化スズ半導体を貫いたコイル状電極とで
形成されているアルコール選択性のガスセンサを備える
とともに、電源へ接続されているガス検出部を設け、時
間的に変化する前記ガス検出部からの出力信号を受け
て、前記出力信号の最大値を表示部へ入力するピークホ
ールド回路を設けてあることにあり、前記コイル電極
が、前記半導体を所定の温度に加熱するためのヒーター
コイルとして兼用されていれば尚良く、その作用効果は
以下のとおりである。

〔作用〕

つまり、少なくとも一種のアルカリ土類元素の酸化物を
担持した酸化スズ微粒子の焼結体である酸化スズ半導体
と、この酸化スズ半導体を貫いたコイル状電極とで形成
されているアルコール選択性のガスセンサを備えるとと
もに、電源へ接続されているガス検出部を設けてあるこ
とで、アルコールガスを選択性高く、かつ、応答性良く
検知することが出来るから（特願昭60-23541号に示す明
細書及び図面参照）、時間的に変化する前記ガス検出部
からの出力信号を受けて、アルコール濃度をリアルタイ
ムに検出する事ができる。

そして、このとき上記出力信号は、応答性高くリアルタ
イムに検出されたものであるから、アルコール濃度が平
均化されるなどの不都合がなく、瞬時に正確に検出さ
れ、その上、前記出力信号の最大値を表示部へピークホ
ールド回路を介して入力されるから、アルコール濃度の
正確な最大値を確認することが出来、上述のように、飲
酒の度合いを判定する場合、アルコール濃度の最大値を
もって判定することができるようになり、飲酒の度合を
正確に判断することができるようになった。

そして、前記半導体を貫く電極がヒータコイルとして兼
用されている場合には、他の補助ヒータ等の加熱手段を
何ら必要とすることなく、前記半導体は常に作動温度に
保持されるので、アルコール検出器全体として簡単な構
成にする事が出来る。

〔考案の効果〕

従って、リアルタイムに被検空気中に含まれる正確なア
ルコール濃度の最大値を検知出来るから、自動車運転者
の飲酒度を判定する場合等に好適なアルコール検知器を
提供できるようになった。

また、上記ガス検出部によれば、例えば、喫煙者の呼気
を被検空気として検知する場合に、呼気の中にタバコの
葉の乾留により生ずる微量のアセトアルデヒドや水素、
一酸化炭素等が含有されていたとしても、上記ガスセン
サは、アルコールのみを選択性高く検知するので、他の
アセトアルデヒドや水素、一酸化炭素等の雑ガスを検知
してしまって、実際のアルコール含有量よりも多い目に
判定してしまうというようなおそれがない。糖尿病患者
の呼気にもアセトアルデヒドが微量に含まれているが、
やはり同様に不都合なく用いることができる。

〔実施例〕

第３図に示すように本考案のアルコール検知器(1)はハ
ウジング(2)の表面適宜箇所に表示部(3)と被検空気出入
孔(4)とが配設され、内部に第１〜２図のガス検知回路
(5)と電源(6)が収納された構成である。

被検空気出入孔(4)に臨むガス検知回路(5)の部位に配設
されるガスセンサ(7)は第４図に拡大して1/4を切欠いて
示す如く、酸化スズ半導体(8)を白金のコイル状電極(9)
が貫いた構造である。酸化スズ半導体(8)は二酸化スズ
(SnO₂)の微粒子を焼結した多孔質のものであって、その
微粒子の表面には少なくとも１種のアルカリ土類元素の
酸化物が超微細粒の状態で担持されている。詳細は本件
出願人の先の特許出願、特願昭60-23541号に開示した通
りであって、ここにはその要点を記すと、上記アルカリ
土類元素としてはBe，Mg，Ca，Sr，Baが好適で酸化スズ
に対して0.5〜25mol％含有されている場合にアルコール
に対する選択性が顕著に好適である。酸化マグネシウム
(MgO)と酸化カルシウム(CaO)とをそれぞ2mol％ずつ担持
させたものはガスセンサ(7)の温度が大きく変化、例え
ば350°〜600℃の範囲で変化してもエタノールに対する
感度が良好に保たれるが通常は約450℃で使用される。
この状況を第５図に示す。同図中、タテ軸の「感度」と
はガス検知回路(5)の、例えばホイートストンブリッジ
からなる検出部(10)の一辺にガスセンサ(7)が接続され
ている場合の、ガス遭遇時の出力電圧(mV)である。第５
図に見られる通り、このガスセンサは1000ppmの水素、
一酸化炭素、イソブタン及びアセトアルデヒドに遭遇し
たときの出力電圧よりも、その1/10の濃度の100ppmのエ
タノールに遭遇したときの出力電圧の方がはるかに高
く、従って良好なアルコール選択性を示すとともに、良
好な応答性を示すのである。

次に前記のガス検知回路(5)の詳細を第１〜２図につい
て説明する。

先ず回路の全体構成は第１図に示す如く、ガス検出部(1
0)へは定電圧回路(12)を経て電源(6)の電圧が印加さ
れ、エタノール含有被検空気に接したときに電圧が変化
するガス検出部(10)からの出力信号(13)は増幅回路(14)
で増幅されたのち、ピークホールド回路(15)へ入力され
る。

ピークホールド回路(15)は、増幅回路(14)からの出力信
号(16)の電圧が最大値に達するまでは経時的に該出力信
号を自己の出力信号(17)としてそのまま表示部(3)へ送
り、第３図の如くバーグラフ式のこの表示部ではエタノ
ール濃度(ppm)の目盛りに換算された状態で上記出力信
号(16)が表示される。この出力信号(16)が最大値を越え
て減少過程に入っても、ピークホールド回路(15)は該最
大値のときと同じ電圧の出力信号(17)を表示部(3)へ送
るから、この表示部には、一定時間のあいだ濃度変化を
伴いつつガス検出部(10)へ吹付けられる被検空気のエタ
ノール濃度の最大値を表示するのである。

次に第２図にしたがってガス検知回路(5)の各部の詳細
を説明すると、定電圧回路(12)は２つのコンデンサ
(C₁)，(C₂)のあいだに定電圧レギュレータ(18)が接続さ
れた構成であり、ここからの出力電圧(19)がガス検出部
(10)へ与えられる。定電圧レギュレータ(18)は集積回路
からなり、その構造の詳細は当分野で良く知られている
から省略する。

ガス検出部(10)は、ガスセンサ(7)と抵抗(R₁)とが直列
に接続され、一方やはり直列接続の抵抗(R₂)、可変抵抗
(VR₁)及び抵抗(R₃)が、ガスセンサ(7)と抵抗(R₁)に対し
並列に接続されてホイートストンブリッジを形成してい
る。したがってガスセンサ(7)と抵抗(R₁)のあいだの出
力端(20)と、可変抵抗(VR₁)の接点(21)とのあいだに
は、ガスセンサ(7)のエタノール接触による抵抗値変化
に起因して不平衡電圧が生じる。可変抵抗(VR₁)は零点
調整のためのものであり、次の増幅回路(14)のコンパレ
ータ(22)のプラス側入力端子へ接続されている。このコ
ンパレータ(22)からの出力は抵抗(R₅)を介して加算増幅
器(23)のプラス側入力端子へ与えられる。一方上記ガス
センサ(7)と抵抗(R₁)のあいだの出力端(20)からの出力
信号(13)は抵抗(R₄)を介して加算増幅器(23)のマイナス
側入力端子へ入力される。従って、この増幅器(23)から
の出力信号(16)の極性は反転させられており、上記出力
端(20)からの出力信号(13)とは逆の極性となっている。
増幅器(23)の出力側と入力側とのあいだに挿入されたス
パン調整用の可変抵抗(VR₂)は増幅の度合を調整するた
めのものである。

ピークホールド回路(15)では第１コンパレータ(24)と第
２コンパレータ(25)が整流ダイオード(26)を介して直列
状に接続され、このダイオード(26)の出力側が、並列接
続のコンデンサ(C₃)とスイッチ(SW)を介しアースされて
いる。このスイッチ(SW)が開いている状態で増幅回路(1
4)からの出力信号(16)が第１コンパレータ(24)のプラス
端子へ入力されると、第２コンパレータ(25)からの出力
信号(17)が導線(28)を通じマイナス端子へフィードバッ
クされているから、これと比較されたのち、整流ダイオ
ード(26)を通して第２コンパレータ(25)のプラス端子へ
入力される。しかし、コンデンサ(C₃)の電圧の方が高け
れば、この出力信号(27)は第２コンパレータ(25)へは入
力されず、このピークホールド回路(15)からの出力信号
(17)に変化を生じない。即ち、このようにしてその時点
までの出力信号(13)の最大値に応じた表示が表示部(3)
によって行われる。

第６図(a)〜(c)によって上記作動を補足説明すると、図
中の太い実線(g)，(g′)，(g″)は本件ガスセンサ(7)と
同一のセンサを用い、ピークホールドではなく時々刻々
変化するガス濃度を表示する別の検知器で並行して450
℃で測定した呼気中のエタノール濃度を示し、細い実線
(h)，(h′)，(h″)は450℃で作動させた本件アルコール
検知器の表示部(3)の表示を出力信号(13)の電圧に逆算
して示したものである。

第６図(a)のような呼気を出す飲酒者の場合には、呼気
中のエタノール濃度変化の極大点が１つであり、これが
そのまま最大値となって表示される。第６図(b)の場合
には極大点が２つあるが、最初の極大点が方が高いの
で、そのときの値が最大値として保持される。しかし第
６図(c)では２つの極大点のうち、あとのものの方が高
いので一旦最初の極大点で表示部(3)にあらわれた出力
は次の極大点に至るまで増大していって、該極大点以降
は一定に保持される。このようにして呼気中のエタノー
ル濃度がどのように経時変化しても本件のアルコール検
知器は必ずその最大値を表示する。

１回の測定が終わったあとで表示部(3)を零点に復帰さ
せるにはスイッチ(SW)を閉じてコンデンサ(C₃)からの放
電を行えばよい。

〔別実施例〕

上記第１の実施例では、携帯用とされているが自動車、
機械などへの組込み又は取付けに適したものとすること
もできる。

又、ピークホールド回路に加えて、所定の任意の基準値
との比較を行う判定回路を設け、基準値を超えたときに
ランプ表示、ディジタル表示あるいは警報発信などを行
わせるようにしてもよい。

さらにピークホールド回路に加え、上記判定回路の代わ
りに、又はこれと併用して時々刻々ありのままのデータ
を表示する機構を設けてもよい。

本考案のアルコール検知器が飲酒運転防止用として自動
車に組込まれる場合には、自動車の起動用電気系統へ接
続して、飲酒時には起動できないようインターロックが
かかるようにしてもよい。

さらに健康管理の目的で日常の飲酒量をチェックするの
に用いることができるのも勿論であり、アルコールが存
在する工場での環境管理や生産工程の管理にも利用でき
る。

【図面の簡単な説明】

図は本考案の一実施例を示し、第１図は半導体式ガスセ
ンサを検知素子としたアルコール検知器の全体構成を略
示したブロック図、第２図は回路図、第３図は全体斜視
図、第４図はガスセンサの一部切欠斜視図、第５図はこ
のガスセンサのアルコール選択性を示したグラフ、第６
図(a)〜(c)はアルコール検知器の作動を示したグラフで
ある。 (3)……表示部、(6)……電源、(7)……ガスセンサ、(1
0)……ガス検出部、(15)……ピークホールド回路。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一種のアルカリ土類元素の酸化
   物を担持した酸化スズ微粒子の焼結体である酸化スズ半
   導体(8)と、この酸化スズ半導体(8)を貫いたコイル状電
   極(9)とで形成されているアルコール選択性のガスセン
   サ(7)を備えるとともに、電源(6)へ接続されているガス
   検出部(10)を設け、時間的に変化する前記ガス検出部(1
   0)からの出力信号を受けて、前記出力信号の最大値を表
   示部(3)へ入力するピークホールド回路(15)を設けてあ
   るアルコール検知器。
2. 【請求項２】前記コイル電極(9)が、前記半導体(8)を所
   定の温度に加熱するためのヒーターコイルとして兼用さ
   れている実用新案登録請求の範囲第１項記載のアルコー
   ル検知器。