JPWO2016021495A1 - ガス濃度検出装置およびガス濃度検出装置におけるガス濃度の算出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このようにすると、予め定められた時間が経過する毎に校正係数を算出することにより、ガス濃度検出装置の出力特性を適切に校正することができる。
図1は、本実施の形態に係るガス濃度検出装置10の構成を示す図である。
Cx(二酸化炭素の濃度)=f(V/V0)…(式1)
上記(式1)におけるfは、所定の次数の関数であって、たとえば、2次関数であってもよいし、3次関数であってもよい。fがN次関数である場合には、ガスの濃度Cxは、以下の式で示される。
上記(式2)におけるa1〜aN+1は、基準温度において予め実験等により取得された複数種類の二酸化炭素の濃度と焦電センサ24の出力値との組み合わせに基づいて算出される。たとえば、図4に示すように、基準温度における予め定められた複数の二酸化炭素の濃度(たとえば、0ppm、400ppm、1000ppm、2000ppmの濃度)にそれぞれ対応した複数の焦電センサ24の出力値が予め実験等により取得され、取得された出力値に基づいてa1〜aN+1が算出される。
Th=1/[1/Th25+1/B×ln{Vth/(Vcc−Vth)}]…(式3)
上記(式3)において、Bは、定数を示し、Vthは、サーミスタ28の出力電圧を示し、Vccは、駆動回路40からサーミスタ28への印加電圧を示し、Th25は、25℃時のサーミスタ温度[K]を示す。上記(式3)および定数Bは、駆動回路40に設けられるメモリ等の記憶媒体に記憶される。
V0=g(Th)…(式4)
上記(式4)におけるgは、所定の次数の関数であって、たとえば、gがN次関数である場合には、基準出力値V0は、以下の式で示される。
上記(式5)におけるb1〜bN+1は、第1バンドパスフィルタ34が選択される場合の、基準濃度において予め実験等により取得された複数種類の温度(サーミスタ温度Th)と焦電センサ24の出力値との組み合わせに基づいて算出される。
C=V0/Vref=h(Th)…(式6)
基準出力値V0と参照出力値Vrefとは、いずれもThを変数とした関数であるため、上記(式6)のようにThを変数とした1つの関数として記載できる。上記(式6)におけるhは、所定の次数の関数であって、たとえば、hがN次関数である場合には、換算係数Cは、以下の式で示される。
上記(式7)におけるc1〜cN+1は、基準濃度において予め実験等により取得された複数種類の温度(サーミスタ温度Th)と、第1バンドパスフィルタ34が選択された場合の焦電センサ24の出力値(基準出力値)と、第2バンドパスフィルタ36が選択された場合の焦電センサ24の出力値(参照出力値)との組み合わせに基づいて算出される。
V0は、第2検量線と、校正時におけるサーミスタ温度ThnewとによってV0=g(Thnew)の式より算出される。一方、V0’は、校正時の基準濃度において、第1バンドパスフィルタ34が選択される場合の濃度出力値である。校正時の実環境においては、必ずしも基準濃度ではないため、V0’=Vref×Cの式よりV0’が算出される。そのため、上記(式8)は、R=Vref×C/g(Thnew)と書き換えられる。換算係数Cは、上記(式6)によって定義されていることから、校正係数Rは、校正時のガス濃度に関わらず算出することができる。
濃度変換処理回路46は、校正時以降のガスの濃度Cxの算出には、上記(式4)に代えて上記(式9)を用いる。すなわち、濃度変換処理回路46は、上記(式9)に示される校正後の第2検量線を用いて基準出力値V0を算出し、算出された基準出力値V0と、第1検量線とを用いてガスの濃度Cxを算出する。
なお、上述の実施の形態では、ガス濃度検出装置10による濃度の検出対象となる気体は、二酸化炭素であったが、検出対象となる気体は、二酸化炭素に特に限定されるものではない。たとえば、一酸化炭素やCH4やNOx等のガスであってもよい。また、濃度検出対象が二酸化炭素以外の気体である場合には、第1波長帯は、濃度の検出対象となる気体の種類に応じた波長(すなわち、濃度の検出対象となる気体の吸収率が高い波長)を基準とした波長帯が選択される。
以下、第2の実施の形態に係るガス濃度検出装置について説明する。本実施の形態に係るガス濃度検出装置は、上述の第1の実施の形態に係るガス濃度検出装置の構成と比較して、濃度変換処理回路46の動作が異なる。それ以外の構成については、上述の第1の実施の形態に係るガス濃度検出装置10の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。
V0r=gref(Th)…(式10)
上記(式10)におけるgrefは、所定の次数の関数であって、たとえば、grefがN次関数である場合には、参照出力値V0rは、以下の式で示される。
上記(式11)におけるd1〜dN+1は、第2バンドパスフィルタ36が選択される場合に、予め実験等により取得された複数種類の温度(サーミスタ温度Th)と焦電センサ24の出力値との組み合わせに基づいて算出される。
なお、上記(式12)を用いて算出される校正係数Rは、上記(式8)を用いて算出される校正係数Rと実質的に同じ値となる。
Claims (11)
- 赤外線を放射する光源と、前記光源から放射された前記赤外線を受光し、受光量に応じた第1出力値を出力する受光センサと、前記光源と前記受光センサとの間に設けられ、前記赤外線の光路を形成する反射部材と、前記光路上に、検出対象のガスによって他の波長帯よりも前記赤外線が吸収される程度が高い第1波長帯と、前記第1波長帯よりも前記赤外線が吸収される程度が低い第2波長帯とのうちのいずれか一方を選択して通過させるフィルタと、前記ガスの温度に応じた第2出力値を出力する温度センサとを含むガス濃度検出装置におけるガス濃度の算出方法であって、
前記フィルタが前記第1波長帯の赤外線を通過させる場合の前記第1出力値と、基準温度における前記ガスの濃度と前記第1出力値を基準出力値で規格化した値との関係を示す第1検量線と、基準濃度における前記第2出力値と前記基準出力値との関係を示す第2検量線とを予め定めるステップと、
前記フィルタが前記第2波長帯の赤外線を通過させる場合の前記第1出力値に基づいて前記第2検量線を校正する校正係数を算出するステップと、
前記校正係数に基づいて前記第2検量線を校正するステップと、
前記第1検量線と校正された第2検量線とに基づいて前記ガスの濃度を算出するステップとを含む、ガス濃度検出装置におけるガス濃度の算出方法。 - 前記校正係数を算出するステップは、
前記フィルタが前記第2波長帯の赤外線を通過させる場合の前記基準濃度における前記第1出力値である参照出力値に対する、前記フィルタが前記第1波長帯の赤外線を通過させる場合の前記基準濃度における前記第1出力値である基準出力値の比を示す換算係数を算出するステップと、
前記第2出力値と前記参照出力値と前記換算係数とに基づいて前記校正係数を算出するステップとを含む、請求項1に記載のガス濃度検出装置におけるガス濃度の算出方法。 - 前記換算係数を算出するステップにて、前記基準濃度における、前記第2出力値に対応する前記換算係数を予め定められた第3検量線に基づいて算出する、請求項2に記載のガス濃度検出装置におけるガス濃度の算出方法。
- 前記校正係数を算出するステップは、
前記フィルタが前記第2波長帯の赤外線を通過させる場合の前記第2出力値に対応した参照出力値を予め定められた第4検量線を用いて算出するステップと、
前記フィルタが前記第2波長帯の赤外線を通過させる場合の前記第1出力値に対する前記参照出力値の比を前記校正係数として算出するステップとを含む、請求項1に記載のガス濃度検出装置におけるガス濃度の算出方法。 - 赤外線を放射する光源と、
前記光源から放射された前記赤外線を受光し、受光量に応じた第1出力値を出力する受光センサと、
前記光源と前記受光センサとの間に設けられ、前記赤外線の光路を形成する反射部材と、
前記光路上に、検出対象のガスによって他の波長帯よりも前記赤外線が吸収される程度が高い第1波長帯と、前記第1波長帯よりも前記赤外線が吸収される程度が低い第2波長帯とのうちのいずれか一方を選択して通過させるフィルタと、
前記ガスの温度に応じた第2出力値を出力する温度センサと、
前記光路上のガスの濃度を算出する算出部とを備え、
前記フィルタが前記第1波長帯の赤外線を通過させる場合の前記第1出力値と、基準温度における前記ガスの濃度と前記第1出力値を基準出力値で規格化した値との関係を示す第1検量線と、基準濃度における前記第2出力値と前記基準出力値との関係を示す第2検量線とが予め定められ、
前記算出部は、
前記フィルタが前記第2波長帯の赤外線を通過させる場合の前記第1出力値に基づいて前記第2検量線を校正する校正係数を算出し、
前記校正係数に基づいて前記第2検量線を校正し、
前記第1検量線と校正された第2検量線とに基づいて前記ガスの濃度を算出する、ガス濃度検出装置。 - 前記算出部は、
前記フィルタが前記第2波長帯の赤外線を通過させる場合の前記基準濃度における前記第1出力値である参照出力値に対する、前記フィルタが前記第1波長帯の赤外線を通過させる場合の前記基準濃度における前記第1出力値である前記基準出力値の比を示す換算係数を算出し、
前記第2出力値と前記参照出力値と前記換算係数とに基づいて前記校正係数を算出する、請求項5に記載のガス濃度検出装置。 - 前記算出部は、前記基準濃度における、前記第2出力値に対応する前記換算係数を予め定められた第3検量線に基づいて算出する、請求項6に記載のガス濃度検出装置。
- 前記算出部は、
前記フィルタが前記第2波長帯の赤外線を通過させる場合の前記第2出力値に対応した参照出力値を予め定められた第4検量線を用いて算出し、
前記フィルタが前記第2波長帯の赤外線を通過させる場合の前記第1出力値に対する前記参照出力値の比を前記校正係数として算出する、請求項5に記載のガス濃度検出装置。 - 前記算出部は、予め定められた時間が経過する毎に前記校正係数を算出する、請求項5〜8のいずれかに記載のガス濃度検出装置。
- 前記算出部は、前記校正係数を算出した後に、前記校正係数を算出した時点の前記第2出力値が予め定められた値以上変化した場合には、前記校正係数を再度算出する、請求項5〜9のいずれかに記載のガス濃度検出装置。
- 前記算出部は、直前までに算出された校正係数の履歴のうち、有効時間内であって、かつ、前記第2出力値と、前記校正係数を算出した時点の前記第2出力値との差が前記予め定められた値よりも小さい場合には、当該校正係数を用いて前記第2検量線を校正する、請求項10に記載のガス濃度検出装置。
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