ガス検出装置及びその回路故障判断方法
【課題】回路故障を判断することが可能なガス検出装置及びその回路故障判断方法を提供する。
【解決手段】ガス検出装置１は、接触燃焼式ガスセンサ１０と、増幅回路２０と、入力電圧変化回路４０とを備えている。増幅回路２０は、反転入力端子に、センサ抵抗Ｓｎｓとリファレンス抵抗Ｒｅｆとの分圧Ｖｓｅｎを入力すると共に、非反転入力端子に、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２間の分圧Ｖｒｅｆを入力するオペアンプＯＰを含み、オペアンプＯＰの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する。また、入力電圧変化回路４０は、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させる。
【解決手段】ガス検出装置１は、接触燃焼式ガスセンサ１０と、増幅回路２０と、入力電圧変化回路４０とを備えている。増幅回路２０は、反転入力端子に、センサ抵抗Ｓｎｓとリファレンス抵抗Ｒｅｆとの分圧Ｖｓｅｎを入力すると共に、非反転入力端子に、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２間の分圧Ｖｒｅｆを入力するオペアンプＯＰを含み、オペアンプＯＰの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する。また、入力電圧変化回路４０は、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置及びその回路故障判断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ抵抗とリファレンス抵抗と有してブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、接触燃焼式ガスセンサからの出力を増幅する増幅回路とを有したガス検出装置が提案されている。このガス検出装置では、被検出対象となるガスの濃度に応じてセンサ抵抗の抵抗値が変化する。このため、ブリッジ回路のバランスが崩れることとなり、これが増幅回路により増幅されて出力とされる。マイコン等は、この出力から被検出対象となるガスの濃度を検出することとなる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載のガス検出装置では、増幅回路の増幅度を設定する回路が何らかの故障で断線や短絡してしまった場合には、被検出対象のガス濃度を検出できなくなってしまう。よって、このような回路故障を判断できることが望ましい。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、回路故障を判断することが可能なガス検出装置及びその回路故障判断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガス検出装置は、センサ抵抗とリファレンス抵抗と固定抵抗とを含んでブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、反転入力端子と非反転入力端子との一方に、センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動するブリッジ回路の一方の分圧を入力すると共に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に、センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動しないブリッジ回路の他方の分圧を入力するオペアンプを含み、当該オペアンプの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する増幅回路と、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させる入力電圧変化回路と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このガス検出装置によれば、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させるため、増幅回路からの出力も変化することとなる。この増幅回路の出力変化は回路故障時には正常時と異なる変化を示す。よって、増幅回路の出力変化を参照することで、回路故障を判断することができる。
【０００８】
また、本発明のガス検出装置において、増幅回路の回路故障を判断する回路故障判断手段をさらに備え、増幅回路は、一方の分圧をオペアンプに導く接続線上に設けられた入力抵抗と、オペアンプの出力を反転入力端子に帰還させる接続線上に設けられた帰還抵抗とを有し、回路故障判断手段は、入力電圧変化回路によって他方に入力される電圧値が変化させられる前に増幅回路から出力される変化前電圧値と、変化させられた後に増幅回路から出力される変化後電圧値との差が所定値未満である場合に、入力抵抗が設けられる接続線の断線、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の短絡と判断することが好ましい。
【０００９】
このガス検出装置によれば、変化後電圧値と変化前電圧値と差分が所定値以上である場合に、入力抵抗が設けられる接続線の断線、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の短絡と判断する。ここで、回路が正常である場合に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させると、増幅回路の増幅効果により変化後電圧値と変化前電圧値との差は入力電圧の変化分に対して大きくなる。よって、差分は所定値以上となる。これに対して、入力抵抗が設けられる接続線が断線した場合、入力抵抗を介さない側の端子に入力された電圧値がそのまま出力されることから、入力電圧の変化分しかオペアンプの出力に表れない。このため、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させると、変化後電圧値と変化前電圧値との差は小さくなる。同様に、帰還抵抗が設けられる接続線が短絡した場合、同接続線の抵抗値が略零になることから理論上増幅効果を得られないこととなり、変化後電圧値と変化前電圧値との差は小さくなる。以上より、変化後電圧値と変化前電圧値と差が所定値未満である場合には、入力抵抗が設けられる接続線の断線、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の短絡と判断することができる。
【００１０】
また、本発明のガス検出装置において、回路故障判断手段は、オペアンプの出力が当該オペアンプの電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗が設けられる接続線の短絡、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の断線と判断することが好ましい。
【００１１】
このガス検出装置によれば、オペアンプの出力が当該オペアンプの電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗が設けられる接続線の短絡、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の断線と判断する。ここで、入力抵抗が設けられる接続線の短絡した場合、ゲインが非常に大きくなってしまうことから、オペアンプの出力がオペアンプの電源電圧付近となってしまう。また、帰還抵抗が設けられる接続線が断線した場合、オペアンプ自体の裸電圧利得が１０万倍から１０００万倍程度であることから、オペアンプの出力がオペアンプの電源電圧付近となってしまう。従って、オペアンプの出力が電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗が設けられる接続線の短絡、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の断線と判断することができる。
【００１２】
また、本発明のガス検出装置の回路故障判断方法は、センサ抵抗とリファレンス抵抗と固定抵抗とを含んでブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、反転入力端子と非反転入力端子との一方に、センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動するブリッジ回路の一方の分圧を入力すると共に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に、センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動しないブリッジ回路の他方の分圧を入力するオペアンプを含み、当該オペアンプの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する増幅回路と、を備えるガス検出装置の回路故障判断方法であって、増幅回路からの出力を記憶する第１工程と、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させる第２工程と、第１工程において記憶された出力と、第２工程において非反転入力端子に入力される電圧値を変化させられた後の増幅回路の出力との差を算出する第３工程と、第３工程において得られた差に基づいて、増幅回路の故障を判断する第４工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
このガス検出装置の回路故障判断方法によれば、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させるため、増幅回路からの出力も変化することとなる。この増幅回路の出力変化は回路故障時には正常時と異なる変化を示す。よって、増幅回路の出力変化を参照することで、回路故障を判断することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回路故障を判断することが可能なガス検出装置及びその回路故障判断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るガス装置の構成図である。
【図２】図１に示した接触燃焼式ガスセンサの詳細を示す外観図であり、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は断面図を示している。
【図３】本実施形態に係るガス検出装置の詳細動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本実施形態に係るガス検出装置を説明する。図１は、本実施形態に係るガス装置の構成図である。図１に示すように、ガス検出装置１は、接触燃焼式ガスセンサ１０と、増幅回路２０と、マイコン３０とを備えている。
【００１７】
接触燃焼式ガスセンサ１０は、被検出対象となるガスの濃度に応じた出力をするものである。この接触燃焼式ガスセンサ１０は、センサ抵抗Ｓｎｓと、リファレンス抵抗Ｒｅｆと、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備え、これら抵抗Ｓｎｓ，Ｒｅｆ，Ｒ１，Ｒ２によりブリッジ回路を構成している。
【００１８】
具体的にセンサ抵抗Ｓｎｓは、一端が電源電圧側に接続され、他端が接続点Ａにつながっている。リファレンス抵抗Ｒｅｆは、一端が接続点Ａにつながっており、他端がグランド接続されている。固定抵抗Ｒ１は、一端が電源電圧側に接続され、他端が接続点Ｂにつながっている。固定抵抗Ｒ２は、一端が接続点Ｂにつながっており、他端がグランド接続されている。なお、ブリッジ回路の各抵抗Ｓｎｓ，Ｒｅｆ，Ｒ１，Ｒ２の配置は、上記に限らず、他の配置関係であってもよい。
【００１９】
図２は、図１に示した接触燃焼式ガスセンサ１０の詳細を示す外観図であり、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は断面図を示している。なお、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。
【００２０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す接触燃焼式ガスセンサ１０は、半導体製造プロセス技術を用いて製造された超小型センサである。この接触燃焼式ガスセンサ１０は、シリコンウェハ１１上に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、及び酸化ハフニウム膜等からなる絶縁膜１２が形成されており、絶縁膜１２上にセンサ抵抗Ｓｎｓとリファレンス抵抗Ｒｅｆとが設けられている。
【００２１】
センサ抵抗Ｓｎｓは、白金からなる抵抗体であって、この抵抗体を包むように触媒層１３が設けられている。触媒層１３は、例えばパラジウムを担持したアルミナからなるＰｄ／Ａｌ２Ｏ３によって構成されている。また、リファレンス抵抗Ｒｅｆは、センサ抵抗Ｓｎｓと同様に白金からなる抵抗体であって、この抵抗体を包むようにアルミナ層１４が設けられている。
【００２２】
また、シリコンウェハ１１上には３つのボンディングパッド１５〜１７が形成されている。第１ボンディングパッド１５は電源側に接続され、第２ボンディングパッド１６は接続点Ａとされる。また、第３ボンディングパッド１７は、グランド接続される。
【００２３】
さらに、シリコンウェハ１１は、センサ抵抗Ｓｎｓ及びリファレンス抵抗Ｒｅｆに対応する位置に、裏面から異方性エッチングによって凹部１８，１９が形成されている。接触燃焼式ガスセンサ１０は、これらの凹部１８，１９によって熱容量が小さくなっている。
【００２４】
再度、図１を参照する。増幅回路２０は、接触燃焼式ガスセンサ１０からの信号を増幅して出力して出力するものであって、オペアンプＯＰと、入力抵抗Ｒ３と、帰還抵抗Ｒ４とを備えている。
【００２５】
詳細に、接触燃焼式ガスセンサ１０の接続点Ａは、接続線Ｌ１を介してオペアンプＯＰの反転入力端子に接続されている。このため、反転入力端子は、センサ抵抗Ｓｎｓとリファレンス抵抗Ｒｅｆとの分圧Ｖｓｅｎを入力することとなる。入力抵抗Ｒ３は、抵抗値を固定とする固定抵抗であって、接続線Ｌ１上に設けられている。また、接触燃焼式ガスセンサ１０の接続点Ｂは、接続線Ｌ２を介してオペアンプＯＰの非反転入力端子に接続されている。このため、非反転入力端子は、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２間の分圧Ｖｒｅｆを入力することとなる。
【００２６】
さらに、オペアンプＯＰの出力は、接続線Ｌ３を介してオペアンプＯＰの反転入力端子に帰還接続されている。帰還抵抗Ｒ４は、抵抗値を固定とする固定抵抗であって、接続線Ｌ３上に設けられている。
【００２７】
このような構成であるため、増幅回路２０は、センサ抵抗Ｓｎｓとリファレンス抵抗Ｒｅｆとの分圧を反転入力端子に入力すると共に、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２間の分圧を入力し、両端子に入力される差分を増幅して出力することとなる。
【００２８】
加えて、ガス検出回路１は、固定抵抗Ｒ５とコンデンサＣとを備えており、増幅回路２０の出力は、固定抵抗Ｒ５を介してマイコン３０に入力される。また、コンデンサＣは、一端が固定抵抗Ｒ５とマイコン３０との間に接続され、他端がグランド接続されている。
【００２９】
マイコン３０は、増幅回路２０からの出力信号に基づいて、被検出対象となるガスの濃度を算出するものである。例えばマイコン３０は、増幅回路２０の出力からガス濃度を求める演算式等を記憶しており、増幅回路２０からの出力信号を入力すると演算式等に基づいてガス濃度を求めることとなる。
【００３０】
また、ガス検出装置１は、不図示の音声出力部等を備えており、算出したガス濃度に応じて警報動作を実施する機能についても備えている。
【００３１】
このようなガス検出装置１において、例えば接続線Ｌ１が断線したり、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が短絡して帰還抵抗Ｒ４を含む接続線Ｌ３の抵抗値が略零となったりしたとする。この場合、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧値が例えば１．５Ｖだとすると、オペアンプＯＰからの出力は１．５Ｖに固定されてしまい、ガス濃度を検出できなくなってしまう。
【００３２】
そこで、本実施形態に係るガス検出装置１は、入力電圧変化回路４０を備えている。入力電圧変化回路４０は、マイコン３０からの制御信号を入力すると、これに応じてオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧値を変化させるものである。なお、本実施形態において入力電圧変化回路４０は、オペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧値を降下させるものであるが、特にこれに限らず、電圧値を上昇させるものであってもよい。
【００３３】
具体的に入力電圧変化回路４０は、固定抵抗Ｒ６〜Ｒ８と、ＮＰＮトランジスタＴＲとにより構成されている。ＮＰＮトランジスタＴＲは、コレクタが接続点ＢとオペアンプＯＰの非反転入力端子との間に位置する接続点Ｃに接続されている。また、ベースはマイコン３０に接続され、エミッタはグランド接続されている。
【００３４】
固定抵抗Ｒ６は、ＮＰＮトランジスタＴＲのベースとマイコン３０とを接続する接続線上に設置されており、固定抵抗Ｒ７は、トランジスタＴＲのベースとエミッタとを接続する接続線上に設置されている。また、固定抵抗Ｒ８は、ＮＰＮトランジスタＴＲのコレクタと接続点Ｃとの間に介在されている。
【００３５】
このような入力電圧変化回路４０では、マイコン３０から制御信号が入力されると、ＮＰＮトランジスタＴＲがオンする。これにより、接続点Ｃの電位が下がり、オペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧の値が降下することとなる。
【００３６】
また、マイコン３０は、内部に回路故障判断機能（回路故障判断手段）を備えている。この回路故障判断機能は、入力電圧変化回路４０によって非反転入力端子に入力される電圧値が変化させられる前に増幅回路２０から出力される変化前電圧値と、変化させられた後に増幅回路２０から出力される変化後電圧値とを比較することで、増幅回路２０の回路故障を判断する。
【００３７】
次に、本実施形態に係るガス検出装置１の故障検出原理について説明する。なお、以下の説明において接触燃焼式ガスセンサ１０が被検出対象となるガス雰囲気に曝されていないものとする。
【００３８】
まず、増幅回路２０の故障が発生しておらず、例えばオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆが１．５Ｖであり、反転入力端子に入力される電圧Ｖｓｅｎが１．４５Ｖであったとする。
【００３９】
ここで、入力抵抗Ｒ３と帰還抵抗Ｒ４とから求められるゲインが３０であったとすると、増幅回路２０の出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ−３０（Ｖｓｅｎ−Ｖｒｅｆ）＝３Ｖとなる。
【００４０】
また、マイコン３０から制御信号が出力されると接続点Ｃの電位が降下し、例えばオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆが１．４６Ｖとなったとする。この場合、増幅回路２０の出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ−３０（Ｖｓｅｎ−Ｖｒｅｆ）＝１．７６Ｖとなる。よって、両者電圧値の差（変化量）は、１．２４Ｖである。
【００４１】
次に、接続線Ｌ１が断線したり、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が短絡して帰還抵抗Ｒ４を含む接続線Ｌ３の抵抗値が略零となったりしたとする。この場合、例えばオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆが１．５Ｖであったとすると、増幅回路２０の出力Ｖｏはそのまま１．５Ｖとなる。
【００４２】
また、マイコン３０から制御信号が出力されると接続点Ｃの電位が降下し、例えばオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆが１．４６Ｖとなったとする。この場合、増幅回路２０の出力電圧Ｖｏは電圧Ｖｒｅｆと同じ１．４６Ｖとなる。よって、両者電圧値の差（変化量）は、０．０４Ｖである。
【００４３】
このように、接続線Ｌ１が断線したり、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が短絡して帰還抵抗Ｒ４を含む接続線Ｌ３の抵抗値が略零となったりすると、マイコン３０の制御信号出力前と後とで電圧の変化が小さくなる傾向にある。このため、マイコン３０の回路故障判断機能は、予め所定の閾値を設定しておき、制御信号出力前と後との電圧変化が所定値（例えば０．５Ｖ）以上である場合に、増幅回路２０が正常であると判断する。一方、回路故障判断機能は、制御信号出力前と後との電圧変化が所定値未満である場合に、増幅回路２０が故障したと判断する。
【００４４】
次に、本実施形態に係るガス検出装置１の詳細動作をフローチャートを参照して説明する。図３は、本実施形態に係るガス検出装置１の詳細動作を示すフローチャートである。
【００４５】
図３に示すように、まずマイコン３０は、増幅回路２０の出力Ｖｏが安定しているか否かを判断する（Ｓ１）。ここで、増幅回路２０の出力Ｖｏが安定していないということは、接触燃焼式ガスセンサ１０が被検出対象となるガス雰囲気に曝されている可能性が高い。このような場合、上記原理に示したように、増幅回路２０の出力Ｖｏについて電圧変化を求めたとしても、その変化量が安定しないため、故障検知に適したタイミングとはいえない。従って、増幅回路２０の出力が安定していないと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、安定したと判断されるまで、この処理が繰り返される。
【００４６】
一方、増幅回路２０の出力が安定したと判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２以降の処理において故障検知が実行される。ステップＳ２においてマイコン３０は、増幅回路２０の出力ＶｏがオペアンプＯＰの電源電圧付近であるか否かを判断する（Ｓ２）。
【００４７】
ここで、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１が短絡して接続線Ｌ１の実質の抵抗値が略零となった場合、ゲインが非常に大きくなってしまうことから、増幅回路２０の出力Ｖｏがオペアンプの電源電圧付近となってしまう。さらに、オペアンプＯＰの裸電圧利得は１０万倍から１０００万倍であることから、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が断線した場合、増幅回路２０の出力ＶｏがオペアンプＯＰの電源電圧付近となってしまう。
【００４８】
よって、増幅回路２０の出力ＶｏがオペアンプＯＰの電源電圧付近であると判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、マイコン３０の回路故障判断機能は、接続線Ｌ１の短絡又は接続線Ｌ３の断線であると判断する（Ｓ３）。そして、マイコン３０は、不図示の警報部にその旨の信号を出力し、警報部は回路故障を報知する警報を実施することとなる（Ｓ４）。その後、図３に示す処理は終了する。
【００４９】
ところで、増幅回路２０の出力がオペアンプＯＰの電源電圧付近でないと判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）、マイコン３０の回路故障判断機能は、そのときの増幅回路２０からの出力を一時記憶する（Ｓ５）。そして、回路故障判断機能は、入力電圧変化回路４０に対して制御信号を出力する（Ｓ６）。
【００５０】
次に、回路故障判断機能は、ステップＳ６における制御信号出力後の増幅回路２０からの出力電圧Ｖｏと、ステップＳ５において一時記憶した増幅回路２０からの出力電圧Ｖｏとの差を算出する（Ｓ７）。すなわち、回路故障判断機能は、制御信号の出力前後における電圧変化量を算出することとなる。
【００５１】
次いで、回路故障判断機能は、ステップＳ７において算出した差が所定値未満であるか否かを判断する（Ｓ８）。差が所定値未満であると判断した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、回路故障判断機能は、上記原理に説明したように接続線Ｌ１の断線、又は、接続線Ｌ３が短絡したと判断する（Ｓ９）。そして、処理はステップＳ４に移行し、図３に示す処理は終了する。
【００５２】
一方、差が所定値未満でないと判断した場合（Ｓ８：ＮＯ）、回路故障判断機能は、増幅回路２０に故障がなく正常であると判断する（Ｓ１０）。その後、図３に示す処理は終了する。
【００５３】
このようにして、本実施形態に係るガス検出装置１及びその回路故障判断方法によれば、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させるため、増幅回路２０からの出力も変化することとなる。この増幅回路２０の出力変化は回路故障時には正常時と異なる変化を示す。よって、増幅回路２０の出力変化を参照することで、回路故障を判断することができる。
【００５４】
また、変化後電圧値と変化前電圧値と差分が所定値以上である場合に、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の断線、又は、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３の短絡と判断する。ここで、回路が正常である場合に、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させると、増幅回路２０の増幅効果により変化後電圧値と変化前電圧値との差は入力電圧の変化分に対して大きくなる。よって、差分は所定値以上となる。これに対して、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１が断線した場合、非反転入力端子に入力された電圧値がそのまま出力されることから、入力電圧の変化分しかオペアンプＯＰの出力に表れない。このため、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させると、変化後電圧値と変化前電圧値との差は小さくなる。同様に、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が短絡した場合、同接続線Ｌ３の抵抗値が略零になることから理論上増幅効果を得られないこととなり、変化後電圧値と変化前電圧値との差は小さくなる。以上より、変化後電圧値と変化前電圧値と差が所定値未満である場合には、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の断線、又は、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３の短絡と判断することができる。
【００５５】
また、オペアンプＯＰの出力が当該オペアンプＯＰの電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の短絡、又は、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３の断線と判断する。ここで、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の短絡した場合、ゲインが非常に大きくなってしまうことから、オペアンプＯＰの出力がオペアンプＯＰの電源電圧付近となってしまう。また、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が断線した場合、オペアンプＯＰ自体の裸電圧利得が１０万倍から１０００万倍程度であることから、オペアンプＯＰの出力がオペアンプＯＰの電源電圧付近となってしまう。従って、オペアンプＯＰの出力が電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の短絡、又は、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３の断線と判断することができる。
【００５６】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００５７】
例えば、本実施形態では、図２を参照して接触燃焼式ガスセンサ１０を説明したが、これに限らず、接触燃焼式ガスセンサ１０の構成は図２に示す構成に限られるものではない。また、接触燃焼式ガスセンサ１０のブリッジの組み方は図１に示すものに限らず、例えばセンサ抵抗Ｓｎｓと固定抵抗Ｒ１とが直列接続されると共に、リファレンス抵抗Ｒｅｆと固定抵抗Ｒ２とが直列接続される構成であってもよい。
【００５８】
また、本実施形態において入力電圧変化回路４０は、オペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧値を降下させるものであるが、これに限らず、電圧値を上昇させるものであってもよい。また、増幅回路２０の回路構成についても適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ ガス検出装置
１０ 接触燃焼式ガスセンサ
１１ シリコンウェハ
１２ 絶縁膜
１３ 触媒層
１４ アルミナ層
１５〜１７ ボンディングパッド
１８，１９ 凹部
２０ 増幅回路
３０ マイコン
４０ 入力電圧変化回路（入力電圧変化手段）
Ｃ コンデンサ
Ｌ１〜Ｌ３ 接続線
ＯＰ オペアンプ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５〜Ｒ８ 固定抵抗
Ｒ３ 入力抵抗
Ｒ４ 帰還抵抗
Ｓｎｓ センサ抵抗
Ｒｅｆ リファレンス抵抗
ＴＲ ＮＰＮトランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置及びその回路故障判断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサ抵抗とリファレンス抵抗と有してブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、接触燃焼式ガスセンサからの出力を増幅する増幅回路とを有したガス検出装置が提案されている。このガス検出装置では、被検出対象となるガスの濃度に応じてセンサ抵抗の抵抗値が変化する。このため、ブリッジ回路のバランスが崩れることとなり、これが増幅回路により増幅されて出力とされる。マイコン等は、この出力から被検出対象となるガスの濃度を検出することとなる（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２２００８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１に記載のガス検出装置では、増幅回路の増幅度を設定する回路が何らかの故障で断線や短絡してしまった場合には、被検出対象のガス濃度を検出できなくなってしまう。よって、このような回路故障を判断できることが望ましい。
【０００５】
本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、回路故障を判断することが可能なガス検出装置及びその回路故障判断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のガス検出装置は、センサ抵抗とリファレンス抵抗と固定抵抗とを含んでブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、反転入力端子と非反転入力端子との一方に、センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動するブリッジ回路の一方の分圧を入力すると共に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に、センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動しないブリッジ回路の他方の分圧を入力するオペアンプを含み、当該オペアンプの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する増幅回路と、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させる入力電圧変化回路と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このガス検出装置によれば、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させるため、増幅回路からの出力も変化することとなる。この増幅回路の出力変化は回路故障時には正常時と異なる変化を示す。よって、増幅回路の出力変化を参照することで、回路故障を判断することができる。
【０００８】
また、本発明のガス検出装置において、増幅回路の回路故障を判断する回路故障判断手段をさらに備え、増幅回路は、一方の分圧をオペアンプに導く接続線上に設けられた入力抵抗と、オペアンプの出力を反転入力端子に帰還させる接続線上に設けられた帰還抵抗とを有し、回路故障判断手段は、入力電圧変化回路によって他方に入力される電圧値が変化させられる前に増幅回路から出力される変化前電圧値と、変化させられた後に増幅回路から出力される変化後電圧値との差が所定値未満である場合に、入力抵抗が設けられる接続線の断線、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の短絡と判断することが好ましい。
【０００９】
このガス検出装置によれば、変化後電圧値と変化前電圧値と差分が所定値以上である場合に、入力抵抗が設けられる接続線の断線、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の短絡と判断する。ここで、回路が正常である場合に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させると、増幅回路の増幅効果により変化後電圧値と変化前電圧値との差は入力電圧の変化分に対して大きくなる。よって、差分は所定値以上となる。これに対して、入力抵抗が設けられる接続線が断線した場合、入力抵抗を介さない側の端子に入力された電圧値がそのまま出力されることから、入力電圧の変化分しかオペアンプの出力に表れない。このため、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させると、変化後電圧値と変化前電圧値との差は小さくなる。同様に、帰還抵抗が設けられる接続線が短絡した場合、同接続線の抵抗値が略零になることから理論上増幅効果を得られないこととなり、変化後電圧値と変化前電圧値との差は小さくなる。以上より、変化後電圧値と変化前電圧値と差が所定値未満である場合には、入力抵抗が設けられる接続線の断線、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の短絡と判断することができる。
【００１０】
また、本発明のガス検出装置において、回路故障判断手段は、オペアンプの出力が当該オペアンプの電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗が設けられる接続線の短絡、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の断線と判断することが好ましい。
【００１１】
このガス検出装置によれば、オペアンプの出力が当該オペアンプの電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗が設けられる接続線の短絡、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の断線と判断する。ここで、入力抵抗が設けられる接続線の短絡した場合、ゲインが非常に大きくなってしまうことから、オペアンプの出力がオペアンプの電源電圧付近となってしまう。また、帰還抵抗が設けられる接続線が断線した場合、オペアンプ自体の裸電圧利得が１０万倍から１０００万倍程度であることから、オペアンプの出力がオペアンプの電源電圧付近となってしまう。従って、オペアンプの出力が電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗が設けられる接続線の短絡、又は、帰還抵抗が設けられる接続線の断線と判断することができる。
【００１２】
また、本発明のガス検出装置の回路故障判断方法は、センサ抵抗とリファレンス抵抗と固定抵抗とを含んでブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、反転入力端子と非反転入力端子との一方に、センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動するブリッジ回路の一方の分圧を入力すると共に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に、センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動しないブリッジ回路の他方の分圧を入力するオペアンプを含み、当該オペアンプの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する増幅回路と、を備えるガス検出装置の回路故障判断方法であって、増幅回路からの出力を記憶する第１工程と、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させる第２工程と、第１工程において記憶された出力と、第２工程において非反転入力端子に入力される電圧値を変化させられた後の増幅回路の出力との差を算出する第３工程と、第３工程において得られた差に基づいて、増幅回路の故障を判断する第４工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
このガス検出装置の回路故障判断方法によれば、反転入力端子と非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させるため、増幅回路からの出力も変化することとなる。この増幅回路の出力変化は回路故障時には正常時と異なる変化を示す。よって、増幅回路の出力変化を参照することで、回路故障を判断することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、回路故障を判断することが可能なガス検出装置及びその回路故障判断方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係るガス装置の構成図である。
【図２】図１に示した接触燃焼式ガスセンサの詳細を示す外観図であり、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は断面図を示している。
【図３】本実施形態に係るガス検出装置の詳細動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本実施形態に係るガス検出装置を説明する。図１は、本実施形態に係るガス装置の構成図である。図１に示すように、ガス検出装置１は、接触燃焼式ガスセンサ１０と、増幅回路２０と、マイコン３０とを備えている。
【００１７】
接触燃焼式ガスセンサ１０は、被検出対象となるガスの濃度に応じた出力をするものである。この接触燃焼式ガスセンサ１０は、センサ抵抗Ｓｎｓと、リファレンス抵抗Ｒｅｆと、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２とを備え、これら抵抗Ｓｎｓ，Ｒｅｆ，Ｒ１，Ｒ２によりブリッジ回路を構成している。
【００１８】
具体的にセンサ抵抗Ｓｎｓは、一端が電源電圧側に接続され、他端が接続点Ａにつながっている。リファレンス抵抗Ｒｅｆは、一端が接続点Ａにつながっており、他端がグランド接続されている。固定抵抗Ｒ１は、一端が電源電圧側に接続され、他端が接続点Ｂにつながっている。固定抵抗Ｒ２は、一端が接続点Ｂにつながっており、他端がグランド接続されている。なお、ブリッジ回路の各抵抗Ｓｎｓ，Ｒｅｆ，Ｒ１，Ｒ２の配置は、上記に限らず、他の配置関係であってもよい。
【００１９】
図２は、図１に示した接触燃焼式ガスセンサ１０の詳細を示す外観図であり、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は断面図を示している。なお、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面を示している。
【００２０】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す接触燃焼式ガスセンサ１０は、半導体製造プロセス技術を用いて製造された超小型センサである。この接触燃焼式ガスセンサ１０は、シリコンウェハ１１上に、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、及び酸化ハフニウム膜等からなる絶縁膜１２が形成されており、絶縁膜１２上にセンサ抵抗Ｓｎｓとリファレンス抵抗Ｒｅｆとが設けられている。
【００２１】
センサ抵抗Ｓｎｓは、白金からなる抵抗体であって、この抵抗体を包むように触媒層１３が設けられている。触媒層１３は、例えばパラジウムを担持したアルミナからなるＰｄ／Ａｌ２Ｏ３によって構成されている。また、リファレンス抵抗Ｒｅｆは、センサ抵抗Ｓｎｓと同様に白金からなる抵抗体であって、この抵抗体を包むようにアルミナ層１４が設けられている。
【００２２】
また、シリコンウェハ１１上には３つのボンディングパッド１５〜１７が形成されている。第１ボンディングパッド１５は電源側に接続され、第２ボンディングパッド１６は接続点Ａとされる。また、第３ボンディングパッド１７は、グランド接続される。
【００２３】
さらに、シリコンウェハ１１は、センサ抵抗Ｓｎｓ及びリファレンス抵抗Ｒｅｆに対応する位置に、裏面から異方性エッチングによって凹部１８，１９が形成されている。接触燃焼式ガスセンサ１０は、これらの凹部１８，１９によって熱容量が小さくなっている。
【００２４】
再度、図１を参照する。増幅回路２０は、接触燃焼式ガスセンサ１０からの信号を増幅して出力して出力するものであって、オペアンプＯＰと、入力抵抗Ｒ３と、帰還抵抗Ｒ４とを備えている。
【００２５】
詳細に、接触燃焼式ガスセンサ１０の接続点Ａは、接続線Ｌ１を介してオペアンプＯＰの反転入力端子に接続されている。このため、反転入力端子は、センサ抵抗Ｓｎｓとリファレンス抵抗Ｒｅｆとの分圧Ｖｓｅｎを入力することとなる。入力抵抗Ｒ３は、抵抗値を固定とする固定抵抗であって、接続線Ｌ１上に設けられている。また、接触燃焼式ガスセンサ１０の接続点Ｂは、接続線Ｌ２を介してオペアンプＯＰの非反転入力端子に接続されている。このため、非反転入力端子は、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２間の分圧Ｖｒｅｆを入力することとなる。
【００２６】
さらに、オペアンプＯＰの出力は、接続線Ｌ３を介してオペアンプＯＰの反転入力端子に帰還接続されている。帰還抵抗Ｒ４は、抵抗値を固定とする固定抵抗であって、接続線Ｌ３上に設けられている。
【００２７】
このような構成であるため、増幅回路２０は、センサ抵抗Ｓｎｓとリファレンス抵抗Ｒｅｆとの分圧を反転入力端子に入力すると共に、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２間の分圧を入力し、両端子に入力される差分を増幅して出力することとなる。
【００２８】
加えて、ガス検出回路１は、固定抵抗Ｒ５とコンデンサＣとを備えており、増幅回路２０の出力は、固定抵抗Ｒ５を介してマイコン３０に入力される。また、コンデンサＣは、一端が固定抵抗Ｒ５とマイコン３０との間に接続され、他端がグランド接続されている。
【００２９】
マイコン３０は、増幅回路２０からの出力信号に基づいて、被検出対象となるガスの濃度を算出するものである。例えばマイコン３０は、増幅回路２０の出力からガス濃度を求める演算式等を記憶しており、増幅回路２０からの出力信号を入力すると演算式等に基づいてガス濃度を求めることとなる。
【００３０】
また、ガス検出装置１は、不図示の音声出力部等を備えており、算出したガス濃度に応じて警報動作を実施する機能についても備えている。
【００３１】
このようなガス検出装置１において、例えば接続線Ｌ１が断線したり、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が短絡して帰還抵抗Ｒ４を含む接続線Ｌ３の抵抗値が略零となったりしたとする。この場合、固定抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧値が例えば１．５Ｖだとすると、オペアンプＯＰからの出力は１．５Ｖに固定されてしまい、ガス濃度を検出できなくなってしまう。
【００３２】
そこで、本実施形態に係るガス検出装置１は、入力電圧変化回路４０を備えている。入力電圧変化回路４０は、マイコン３０からの制御信号を入力すると、これに応じてオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧値を変化させるものである。なお、本実施形態において入力電圧変化回路４０は、オペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧値を降下させるものであるが、特にこれに限らず、電圧値を上昇させるものであってもよい。
【００３３】
具体的に入力電圧変化回路４０は、固定抵抗Ｒ６〜Ｒ８と、ＮＰＮトランジスタＴＲとにより構成されている。ＮＰＮトランジスタＴＲは、コレクタが接続点ＢとオペアンプＯＰの非反転入力端子との間に位置する接続点Ｃに接続されている。また、ベースはマイコン３０に接続され、エミッタはグランド接続されている。
【００３４】
固定抵抗Ｒ６は、ＮＰＮトランジスタＴＲのベースとマイコン３０とを接続する接続線上に設置されており、固定抵抗Ｒ７は、トランジスタＴＲのベースとエミッタとを接続する接続線上に設置されている。また、固定抵抗Ｒ８は、ＮＰＮトランジスタＴＲのコレクタと接続点Ｃとの間に介在されている。
【００３５】
このような入力電圧変化回路４０では、マイコン３０から制御信号が入力されると、ＮＰＮトランジスタＴＲがオンする。これにより、接続点Ｃの電位が下がり、オペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧の値が降下することとなる。
【００３６】
また、マイコン３０は、内部に回路故障判断機能（回路故障判断手段）を備えている。この回路故障判断機能は、入力電圧変化回路４０によって非反転入力端子に入力される電圧値が変化させられる前に増幅回路２０から出力される変化前電圧値と、変化させられた後に増幅回路２０から出力される変化後電圧値とを比較することで、増幅回路２０の回路故障を判断する。
【００３７】
次に、本実施形態に係るガス検出装置１の故障検出原理について説明する。なお、以下の説明において接触燃焼式ガスセンサ１０が被検出対象となるガス雰囲気に曝されていないものとする。
【００３８】
まず、増幅回路２０の故障が発生しておらず、例えばオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆが１．５Ｖであり、反転入力端子に入力される電圧Ｖｓｅｎが１．４５Ｖであったとする。
【００３９】
ここで、入力抵抗Ｒ３と帰還抵抗Ｒ４とから求められるゲインが３０であったとすると、増幅回路２０の出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ−３０（Ｖｓｅｎ−Ｖｒｅｆ）＝３Ｖとなる。
【００４０】
また、マイコン３０から制御信号が出力されると接続点Ｃの電位が降下し、例えばオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆが１．４６Ｖとなったとする。この場合、増幅回路２０の出力電圧Ｖｏは、Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ−３０（Ｖｓｅｎ−Ｖｒｅｆ）＝１．７６Ｖとなる。よって、両者電圧値の差（変化量）は、１．２４Ｖである。
【００４１】
次に、接続線Ｌ１が断線したり、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が短絡して帰還抵抗Ｒ４を含む接続線Ｌ３の抵抗値が略零となったりしたとする。この場合、例えばオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆが１．５Ｖであったとすると、増幅回路２０の出力Ｖｏはそのまま１．５Ｖとなる。
【００４２】
また、マイコン３０から制御信号が出力されると接続点Ｃの電位が降下し、例えばオペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧Ｖｒｅｆが１．４６Ｖとなったとする。この場合、増幅回路２０の出力電圧Ｖｏは電圧Ｖｒｅｆと同じ１．４６Ｖとなる。よって、両者電圧値の差（変化量）は、０．０４Ｖである。
【００４３】
このように、接続線Ｌ１が断線したり、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が短絡して帰還抵抗Ｒ４を含む接続線Ｌ３の抵抗値が略零となったりすると、マイコン３０の制御信号出力前と後とで電圧の変化が小さくなる傾向にある。このため、マイコン３０の回路故障判断機能は、予め所定の閾値を設定しておき、制御信号出力前と後との電圧変化が所定値（例えば０．５Ｖ）以上である場合に、増幅回路２０が正常であると判断する。一方、回路故障判断機能は、制御信号出力前と後との電圧変化が所定値未満である場合に、増幅回路２０が故障したと判断する。
【００４４】
次に、本実施形態に係るガス検出装置１の詳細動作をフローチャートを参照して説明する。図３は、本実施形態に係るガス検出装置１の詳細動作を示すフローチャートである。
【００４５】
図３に示すように、まずマイコン３０は、増幅回路２０の出力Ｖｏが安定しているか否かを判断する（Ｓ１）。ここで、増幅回路２０の出力Ｖｏが安定していないということは、接触燃焼式ガスセンサ１０が被検出対象となるガス雰囲気に曝されている可能性が高い。このような場合、上記原理に示したように、増幅回路２０の出力Ｖｏについて電圧変化を求めたとしても、その変化量が安定しないため、故障検知に適したタイミングとはいえない。従って、増幅回路２０の出力が安定していないと判断した場合（Ｓ１：ＮＯ）、安定したと判断されるまで、この処理が繰り返される。
【００４６】
一方、増幅回路２０の出力が安定したと判断した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、ステップＳ２以降の処理において故障検知が実行される。ステップＳ２においてマイコン３０は、増幅回路２０の出力ＶｏがオペアンプＯＰの電源電圧付近であるか否かを判断する（Ｓ２）。
【００４７】
ここで、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１が短絡して接続線Ｌ１の実質の抵抗値が略零となった場合、ゲインが非常に大きくなってしまうことから、増幅回路２０の出力Ｖｏがオペアンプの電源電圧付近となってしまう。さらに、オペアンプＯＰの裸電圧利得は１０万倍から１０００万倍であることから、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が断線した場合、増幅回路２０の出力ＶｏがオペアンプＯＰの電源電圧付近となってしまう。
【００４８】
よって、増幅回路２０の出力ＶｏがオペアンプＯＰの電源電圧付近であると判断した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、マイコン３０の回路故障判断機能は、接続線Ｌ１の短絡又は接続線Ｌ３の断線であると判断する（Ｓ３）。そして、マイコン３０は、不図示の警報部にその旨の信号を出力し、警報部は回路故障を報知する警報を実施することとなる（Ｓ４）。その後、図３に示す処理は終了する。
【００４９】
ところで、増幅回路２０の出力がオペアンプＯＰの電源電圧付近でないと判断した場合（Ｓ２：ＮＯ）、マイコン３０の回路故障判断機能は、そのときの増幅回路２０からの出力を一時記憶する（Ｓ５）。そして、回路故障判断機能は、入力電圧変化回路４０に対して制御信号を出力する（Ｓ６）。
【００５０】
次に、回路故障判断機能は、ステップＳ６における制御信号出力後の増幅回路２０からの出力電圧Ｖｏと、ステップＳ５において一時記憶した増幅回路２０からの出力電圧Ｖｏとの差を算出する（Ｓ７）。すなわち、回路故障判断機能は、制御信号の出力前後における電圧変化量を算出することとなる。
【００５１】
次いで、回路故障判断機能は、ステップＳ７において算出した差が所定値未満であるか否かを判断する（Ｓ８）。差が所定値未満であると判断した場合（Ｓ８：ＹＥＳ）、回路故障判断機能は、上記原理に説明したように接続線Ｌ１の断線、又は、接続線Ｌ３が短絡したと判断する（Ｓ９）。そして、処理はステップＳ４に移行し、図３に示す処理は終了する。
【００５２】
一方、差が所定値未満でないと判断した場合（Ｓ８：ＮＯ）、回路故障判断機能は、増幅回路２０に故障がなく正常であると判断する（Ｓ１０）。その後、図３に示す処理は終了する。
【００５３】
このようにして、本実施形態に係るガス検出装置１及びその回路故障判断方法によれば、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させるため、増幅回路２０からの出力も変化することとなる。この増幅回路２０の出力変化は回路故障時には正常時と異なる変化を示す。よって、増幅回路２０の出力変化を参照することで、回路故障を判断することができる。
【００５４】
また、変化後電圧値と変化前電圧値と差分が所定値以上である場合に、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の断線、又は、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３の短絡と判断する。ここで、回路が正常である場合に、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させると、増幅回路２０の増幅効果により変化後電圧値と変化前電圧値との差は入力電圧の変化分に対して大きくなる。よって、差分は所定値以上となる。これに対して、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１が断線した場合、非反転入力端子に入力された電圧値がそのまま出力されることから、入力電圧の変化分しかオペアンプＯＰの出力に表れない。このため、非反転入力端子に入力される電圧値を変化させると、変化後電圧値と変化前電圧値との差は小さくなる。同様に、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が短絡した場合、同接続線Ｌ３の抵抗値が略零になることから理論上増幅効果を得られないこととなり、変化後電圧値と変化前電圧値との差は小さくなる。以上より、変化後電圧値と変化前電圧値と差が所定値未満である場合には、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の断線、又は、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３の短絡と判断することができる。
【００５５】
また、オペアンプＯＰの出力が当該オペアンプＯＰの電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の短絡、又は、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３の断線と判断する。ここで、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の短絡した場合、ゲインが非常に大きくなってしまうことから、オペアンプＯＰの出力がオペアンプＯＰの電源電圧付近となってしまう。また、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３が断線した場合、オペアンプＯＰ自体の裸電圧利得が１０万倍から１０００万倍程度であることから、オペアンプＯＰの出力がオペアンプＯＰの電源電圧付近となってしまう。従って、オペアンプＯＰの出力が電源電圧付近の値となっている場合、入力抵抗Ｒ３が設けられる接続線Ｌ１の短絡、又は、帰還抵抗Ｒ４が設けられる接続線Ｌ３の断線と判断することができる。
【００５６】
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。
【００５７】
例えば、本実施形態では、図２を参照して接触燃焼式ガスセンサ１０を説明したが、これに限らず、接触燃焼式ガスセンサ１０の構成は図２に示す構成に限られるものではない。また、接触燃焼式ガスセンサ１０のブリッジの組み方は図１に示すものに限らず、例えばセンサ抵抗Ｓｎｓと固定抵抗Ｒ１とが直列接続されると共に、リファレンス抵抗Ｒｅｆと固定抵抗Ｒ２とが直列接続される構成であってもよい。
【００５８】
また、本実施形態において入力電圧変化回路４０は、オペアンプＯＰの非反転入力端子に入力される電圧値を降下させるものであるが、これに限らず、電圧値を上昇させるものであってもよい。また、増幅回路２０の回路構成についても適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１ ガス検出装置
１０ 接触燃焼式ガスセンサ
１１ シリコンウェハ
１２ 絶縁膜
１３ 触媒層
１４ アルミナ層
１５〜１７ ボンディングパッド
１８，１９ 凹部
２０ 増幅回路
３０ マイコン
４０ 入力電圧変化回路（入力電圧変化手段）
Ｃ コンデンサ
Ｌ１〜Ｌ３ 接続線
ＯＰ オペアンプ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５〜Ｒ８ 固定抵抗
Ｒ３ 入力抵抗
Ｒ４ 帰還抵抗
Ｓｎｓ センサ抵抗
Ｒｅｆ リファレンス抵抗
ＴＲ ＮＰＮトランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ抵抗とリファレンス抵抗と固定抵抗とを含んでブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、
反転入力端子と非反転入力端子との一方に、前記センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動する前記ブリッジ回路の一方の分圧を入力すると共に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に、前記センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動しない前記ブリッジ回路の他方の分圧を入力するオペアンプを含み、当該オペアンプの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する増幅回路と、
前記反転入力端子と前記非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させる入力電圧変化回路と、
を備えることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記増幅回路の回路故障を判断する回路故障判断手段をさらに備え、
前記増幅回路は、前記一方の分圧を前記オペアンプに導く接続線上に設けられた入力抵抗と、前記オペアンプの出力を前記反転入力端子に帰還させる接続線上に設けられた帰還抵抗とを有し、
前記回路故障判断手段は、前記入力電圧変化回路によって前記他方に入力される電圧値が変化させられる前に前記増幅回路から出力される変化前電圧値と、変化させられた後に前記増幅回路から出力される変化後電圧値との差が所定値未満である場合に、前記入力抵抗が設けられる接続線の断線、又は、前記帰還抵抗が設けられる接続線の短絡と判断する
ことを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記回路故障判断手段は、前記オペアンプの出力が当該オペアンプの電源電圧付近の値となっている場合、前記入力抵抗が設けられる接続線の短絡、又は、前記帰還抵抗が設けられる接続線の断線と判断する
ことを特徴とする請求項２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
センサ抵抗とリファレンス抵抗と固定抵抗とを含んでブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、反転入力端子と非反転入力端子との一方に、前記センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動する前記ブリッジ回路の一方の分圧を入力すると共に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に、前記センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動しない前記ブリッジ回路の他方の分圧を入力するオペアンプを含み、当該オペアンプの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する増幅回路と、を備えるガス検出装置の回路故障判断方法であって、
前記増幅回路からの出力を記憶する第１工程と、
前記非反転入力端子に入力される電圧値を変化させる第２工程と、
前記第１工程において記憶された出力と、前記第２工程において前記非反転入力端子に入力される電圧値を変化させられた後の増幅回路の出力との差を算出する第３工程と、
前記第３工程において得られた差に基づいて、増幅回路の故障を判断する第４工程と、
を備えることを特徴とするガス検出装置の回路故障判断方法。
【請求項１】
センサ抵抗とリファレンス抵抗と固定抵抗とを含んでブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、
反転入力端子と非反転入力端子との一方に、前記センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動する前記ブリッジ回路の一方の分圧を入力すると共に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に、前記センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動しない前記ブリッジ回路の他方の分圧を入力するオペアンプを含み、当該オペアンプの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する増幅回路と、
前記反転入力端子と前記非反転入力端子との他方に入力される電圧値を変化させる入力電圧変化回路と、
を備えることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記増幅回路の回路故障を判断する回路故障判断手段をさらに備え、
前記増幅回路は、前記一方の分圧を前記オペアンプに導く接続線上に設けられた入力抵抗と、前記オペアンプの出力を前記反転入力端子に帰還させる接続線上に設けられた帰還抵抗とを有し、
前記回路故障判断手段は、前記入力電圧変化回路によって前記他方に入力される電圧値が変化させられる前に前記増幅回路から出力される変化前電圧値と、変化させられた後に前記増幅回路から出力される変化後電圧値との差が所定値未満である場合に、前記入力抵抗が設けられる接続線の断線、又は、前記帰還抵抗が設けられる接続線の短絡と判断する
ことを特徴とする請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記回路故障判断手段は、前記オペアンプの出力が当該オペアンプの電源電圧付近の値となっている場合、前記入力抵抗が設けられる接続線の短絡、又は、前記帰還抵抗が設けられる接続線の断線と判断する
ことを特徴とする請求項２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
センサ抵抗とリファレンス抵抗と固定抵抗とを含んでブリッジ回路を構成した接触燃焼式ガスセンサと、反転入力端子と非反転入力端子との一方に、前記センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動する前記ブリッジ回路の一方の分圧を入力すると共に、反転入力端子と非反転入力端子との他方に、前記センサ抵抗の抵抗値の変化によって変動しない前記ブリッジ回路の他方の分圧を入力するオペアンプを含み、当該オペアンプの両端子に入力された分圧の差分を増幅して出力する増幅回路と、を備えるガス検出装置の回路故障判断方法であって、
前記増幅回路からの出力を記憶する第１工程と、
前記非反転入力端子に入力される電圧値を変化させる第２工程と、
前記第１工程において記憶された出力と、前記第２工程において前記非反転入力端子に入力される電圧値を変化させられた後の増幅回路の出力との差を算出する第３工程と、
前記第３工程において得られた差に基づいて、増幅回路の故障を判断する第４工程と、
を備えることを特徴とするガス検出装置の回路故障判断方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２４２１５４（Ｐ２０１２−２４２１５４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１０２５４（Ｐ２０１１−１１０２５４）
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１７日（２０１１．５．１７）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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