ガス検出装置
【課題】熱容量が小さな装置であっても簡単にガスの種類の判別を行うことができるガス検出装置を提供する。
【解決手段】接触燃焼式ガスセンサが、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する。ノコギリ波駆動回路が、供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になるようなノコギリ状のパルス電圧を接触燃焼式ガスセンサに供給する。微分解析部が、パルス電圧供給中のセンサ出力を微分して微分波形を取得する。ガス検出部が、微分波形のピーク位置に基づいてガス種類を判別する。
【解決手段】接触燃焼式ガスセンサが、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する。ノコギリ波駆動回路が、供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になるようなノコギリ状のパルス電圧を接触燃焼式ガスセンサに供給する。微分解析部が、パルス電圧供給中のセンサ出力を微分して微分波形を取得する。ガス検出部が、微分波形のピーク位置に基づいてガス種類を判別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置に係り、特に、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、該センサ素子を間欠的に前記検知対象ガスとの接触燃焼が可能な高温に制御するパルス電圧を前記センサ素子に供給する加熱手段と、前記パルス電圧の供給開始から前記センサ素子の抵抗値に応じた出力が一定になるまでの立ち上がり時間に基づいて検知対象ガスの種類の判別を行うガス検出手段とを備えたガス検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上述したガス検出装置としては、接触燃焼式のセンサ素子を用いたものが提案されている。このセンサ素子は、高温に制御するとイソブタン（以下ｉ−Ｂ）、メタン（以下ＣＨ4）、水素（以下Ｈ2）、一酸化炭素（以下ＣＯ）などの無極性又は低有極性のガスと接触燃焼して温度が上昇し抵抗値が変化する。従って、センサ素子の抵抗値に応じた出力がガス濃度に応じた値となる。
【０００３】
上述した無極性又は低有極性のガスの種類を判別するガス検出装置として、例えば特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１のガス検出装置は、矩形状のパルス電圧が供給されるセンサ素子の抵抗値に応じたセンサ出力を微分して、その微分波形のピーク位置に基づいてガス種類の判別を検出している。検知対象ガスの種類によって燃焼開始温度が異なるため、矩形状のパルス電圧の供給を開始してからセンサ出力が立ち上がるまでの立ち上がり時間が異なる。このため、この立ち上がり時間に応じた微分波形のピーク位置は、混合ガスの種類に応じた値となる。
【０００４】
しかしながら、混合ガス中でセンサ素子に矩形状のパルス電圧を供給して瞬間的に高温に制御すると、図１３に示すように、ガス種が違ってもほぼ同じ位置にピークが出現してしまう。同図に示すように、Ｈ2単ガスのピーク位置とＨ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置とは、２０ｍｓ程度の差しかない。ピーク位置が重なると、ガスの種類の判別（定性）又は判別したガス種の濃度の検出（定量）を行うことができない。
【０００５】
また、シリコン基板上に薄膜ダイアフラムを形成し、この薄膜ダイアフラム上にセンサ素子を設けて熱容量を小さくして省電力化を図ったガス検出装置が知られている。特に、このようなガス検出装置の場合、矩形状のパルス電圧を供給するとより短時間で高温までセンサ温度が上昇してしまい、ガスの種類を判別することは不可能であった。
【特許文献１】特許２８０５０４８号公報
【特許文献２】特開２００５−８３９４９号公報
【特許文献３】特開２００２−２４３６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、熱容量が小さな装置であっても簡単にガスの種類の判別を行うことができるガス検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、該センサ素子を間欠的に前記検知対象ガスとの接触燃焼が可能な高温に制御するパルス電圧を前記センサ素子に供給する加熱手段と、前記パルス電圧の供給を開始してから前記センサ素子の抵抗値に応じたセンサ出力が立ち上がるまでの立ち上がり時間に基づいて前記検知対象ガスの種類の判別を行うガス検出手段とを備えたガス検出装置において、前記加熱手段が、供給開始から所定時間かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になるようなノコギリ状の前記パルス電圧を供給するものであることを特徴とするガス検出装置に存する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記センサ出力を微分して微分波形を取得する微分手段を備え、そして、前記ガス検出手段が、前記立ち上がり時間に応じた前記微分波形のピーク位置に基づいて前記検知対象ガスの種類の判別を行うものであることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置に存する。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記所定時間が、供給開始と同時に供給電圧が前記一定値になるような矩形状のパルス電圧を前記センサ素子に供給したとき、前記センサ素子が当該矩形状のパルス電圧の供給開始から前記一定値に応じた温度に達するまでの時間よりも長い時間に予め設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置に存する。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記加熱手段が、前記所定時間かけて前記供給電力を一定の割合で増加させることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載のガス検出装置に存する。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、センサ素子は低温から所定時間をかけてゆっくり接触燃焼可能な高温になり、ガス種類に応じた立ち上がり時間が重なることがないので、熱容量が小さな装置であっても簡単にガスの種類の判別を行うことができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、微分するだけで簡単に立ち上がり時間に応じた値を得ることができるので、簡単な構成でガスの種類の判別を行うことができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、確実にセンサ素子の温度がノコギリ状のパルス電圧に追従して、低温から所定時間をかけてゆっくり接触燃焼可能な高温になるので、確実に熱容量が小さな装置であっても簡単にガスの種類の判別を行うことができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、より確実にガス種類に応じた立ち上がり時間が重なることがないので、より正確にガスの種類の判別を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るガス検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。図２は、図１のガス検出装置を構成する接触燃焼式ガスセンサに供給するパルス電圧の波形例を示すタイミングチャートである。図３は、図１のガス検出装置を構成する接触燃焼式ガスセンサの構成例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図および（Ｃ）は平面図におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
ガス検知装置１は、コントローラ１０と、駆動電源２０と、出力部３０と、検出用のブリッジ回路を含む接触燃焼式ガスセンサ４０と、加熱手段としてのノコギリ波駆動回路５０とから構成される。コントローラ１０には、駆動電源２０、出力部３０、接触燃焼式ガスセンサ４０及びノコギリ波駆動回路５０が接続されている。
【００１７】
コントローラ１０は、記憶部１１、センサ出力検出部１２、サンプリング制御部１３、微分手段としての微分解析部１４及びガス検出手段としてのガス検出部１５を含んで構成される。図示しないが、コントローラ１０は、タイマ部等も有している。このコントローラ１０は、たとえば、マイクロコンピュータにて具現化可能である。
【００１８】
ガス検知装置１では、図２の実線で示すようなノコギリ波状のパルス電圧が供給されて通電制御され、この接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力に基づいて、コントローラ１０にて所望のガス種が検知され出力される。
【００１９】
接触燃焼式ガスセンサ４０は、後述するノコギリ波駆動回路５０にて図２の実線で示すようなノコギリ波状のパルス電圧が供給されて間欠的に検知対象ガスと接触燃焼する高温に制御される。この接触燃焼式ガスセンサ４０は、図３に示すように、センサ素子としての感応素子部Ｒｓおよび補償素子部Ｒｒから構成されている。感応素子部Ｒｓは、白金（Ｐｔ）ヒータ４２および白金族、たとえばパラジウム（Ｐｄ）を担持したアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなるＰｄ／Ａｌ2Ｏ3触媒層４３を含み、補償素子部Ｒｒは、白金（Ｐｔ）ヒータ４４およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）層４５を含む。
【００２０】
詳しくは、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、この接触燃焼式ガスセンサ４０は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ４１の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜４８ｃ、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜４８ｂおよび酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜４８ａからなる絶縁薄膜が成膜され、その上に、感応素子部Ｒｓとして白金（Ｐｔ）ヒータ４２およびＰｄ／Ａｌ2Ｏ3触媒層４３、補償素子部Ｒｒとして白金（Ｐｔ）ヒータ４４およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）層４５が形成されている。また、図３（Ｃ）に示すように、異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイアフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。
【００２１】
白金（Ｐｔ）ヒータ４２および４４は、固定抵抗Ｒ１およびＲ２と可変抵抗Ｒｖと共にブリッジ回路を構成している。そして、このブリッジ回路において、白金（Ｐｔ）ヒータ４２および固定抵抗Ｒ１の接続点、並びに白金（Ｐｔ）ヒータ４４および固定抵抗Ｒ２の接続点には、コントローラ１０のノコギリ波駆動回路５０からのパルス電圧が所定のインターバルで間欠的に供給される。また、白金（Ｐｔ）ヒータ４２および白金（Ｐｔ）ヒータ４４の接続点と、可変抵抗Ｒｖの可動端子は、コントローラ１０のセンサ出力検出部１２に接続され、それにより、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力としての電圧値がセンサ出力検出部１２に供給される。
【００２２】
このような接触燃焼式ガスセンサ４０を使用するに際しては、まず、検出動作開始前に、センサ出力検出部１２に供給されるセンサ出力が中間電位になるように可変抵抗Ｒｖを調整する。この状態において、検出対象ガスが感応素子部Ｒｓに触れると触媒作用により、この素子で接触燃焼する。この接触燃焼により発生する熱により、白金（Ｐｔ）ヒータ４２の抵抗値が上昇し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れ、コントローラ１０にセンサ出力が供給される。この場合、白金（Ｐｔ）ヒータ４４は、周囲温度の変動による白金（Ｐｔ）ヒータ４２の抵抗値の変動を相殺し、反応熱に起因する白金（Ｐｔ）ヒータ４２の抵抗値の変動成分のみを取り出せるように温度補償する。
【００２３】
また、上述した記憶部１１には、複数のガス種類に対応したセンサ出力の微分波形のピーク位置を含む微分波形データベース、濃度とピーク高さとの関係が予め格納されている。また、記憶部１１には、図５に示す処理時に一時的に発生するデータも格納される。
【００２４】
センサ出力検出部１２は、サンプリング制御部１３の制御に応じてノコギリ波状のパルス電圧が供給されている間のセンサ出力を時系列的に検出する。検出されたセンサ出力は、対応する処理が終了するまで記憶部１１に一時的に保存される。
【００２５】
微分解析部１４は、センサ出力検出部１２が検出したセンサ出力を微分演算して微分波形データを取得する。微分解析部１４は、取得した微分波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わるピークの出現時間をピーク位置として算出する。微分解析部１４は、上記ピークの高さを算出する。
【００２６】
ガス検出部１５は、微分解析部１４にて求められたピーク位置およびピーク高さに基づいて、検知対象ガスのガス種の判別及び判別したガス種の濃度を検出する定量、定性を行う。
【００２７】
駆動電源２０は、既成の電池等が用いられる。また、出力部３０は、ガス検出部１５で判別されたガス種とその濃度とを出力する。この出力部３０は、たとえば、ガス種検出結果の出力例として、検知対象ガスの種類を直接文字表示すると共にその濃度を数字表示するＬＣＤ（液晶ディスプレイ）およびその駆動回路であってもよいし、検知対象ガスの種類を色分表示したり点滅するＬＥＤ及びその駆動回路等であってもよい。また、ブザー等の可聴信号にてガス検出結果を出力するようにしてもよい。
【００２８】
上述したノコギリ波駆動回路５０は、サンプリング制御部１３の制御に応じて図２の実線で示すようなノコギリ波状のパルス電圧を所定時間ｔ３毎に供給している。パルス電圧は、供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になり、所定時間ｔ１経過した時点で供給停止するようなノコギリ波状のパルス電圧である。
【００２９】
上述した接触燃焼式ガスセンサ４０は、上述したように熱容量が小さい。このため、上述したようなノコギリ波状のパルス電圧を供給すると、図２の一点鎖線で示すようにパルス電圧の供給電圧の上昇にほとんど遅れることなく追従して温度が上昇する。即ち、パルス電圧の供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に温度が上昇した後に一定温度Ｔｃとなる。
【００３０】
ここで、所定時間ｔ１は所定時間ｔ２よりも長ければよい。所定時間ｔ３は、所定時間ｔ１より長ければ何秒でもよい。厚生労働省より出されたシックハウス（室内空気汚染）問題に関する検討中間報告書の室内空気中化学物の測定マニュアルによると、採取時間を３０ｍｉｎと明記している。そこで、所定時間ｔ３の最大値は、３０ｍｉｎが望ましいと考えられる。
【００３１】
また、所定時間ｔ２は、供給開始と同時に供給電圧が一定値になるような矩形状のパルス電圧を接触燃焼式ガスセンサ４０に供給したとき、接触燃焼式ガスセンサ４０が当該矩形状のパルス電圧の供給開始から一定値に応じた温度に達するまでの飽和時間よりも長い時間に予め設定されている。
【００３２】
本発明者らは、図３に示す本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ４０に矩形状のパルス電圧を印加して、接触燃焼式ガスセンサ４０の温度上昇率を計測した。結果を図４に示す。同図に示すように、接触燃焼式ガスセンサ４０は、矩形状のパルス電圧の供給開始から６０ｍｓに温度上昇率が１００％となっている。即ち、接触燃焼式ガスセンサ４０は、矩形状のパルス電圧の供給開始から６０ｍｓ後に一定値に応じた温度（例えば３００°Ｃ、４００°Ｃ、４５０°Ｃ）に達している。このことから、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ４０の上記飽和時間は６０ｍｓであることが分かった。従って、本実施形態では、所定時間ｔ２は、６０ｍｓより長い時間に予め設定されている。
【００３３】
一定温度Ｔｃの上限は、接触燃焼式ガスセンサ４０が断線する温度（例えば１２００°Ｃ）以下で、かつ検知対象ガスの接触燃焼開始温度以上であれば何°Ｃでもよい。本実施形態では、例えば上記所定時間ｔ１を４００ｍｓ、所定時間ｔ２を２５０ｍｓ、所定時間ｔ３を１０ｓｅｃとしている。また、一定温度Ｔｃを４５０°Ｃとした。
【００３４】
上述したノコギリ波駆動回路５０としては、例えば、矩形状パルスを発生する矩形状パルス発生回路と、ゲインの調整可能な増幅器とから構成され、サンプリング制御部１３によって供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に増幅器のゲインを増加された後に一定に制御されるものが考えられる。
【００３５】
また、ノコギリ波駆動回路５０としては、例えばＤ／Ａ変換器から構成され、サンプリング制御部１３から出力される図２に示すようなノコギリ状のパルス電圧のデジタルデータをＤ／Ａ変換して、ノコギリ状のパルス電圧を出力するものであってもよい。また、ノコギリ波駆動回路５０としては、上記構成に限ったものではなく、供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になるようなノコギリ状のパルス電圧が供給できるものであればよい。
【００３６】
次に、上述した構成のガス検出装置の動作について図５を参照して以下説明する。図４は、ガス検出装置１を構成するコントローラ１０の処理手順を示すフローチャートである。まず、コントローラ１０は、駆動電源のオンに応じてガス検出処理を開始する。ガス検出処理の開始に応じてサンプリング制御部１３は、ノコギリ波駆動回路５０を制御して、図２の実線で示すノコギリ波状のパルス電圧を接触燃焼式ガスセンサ４０に供給する（ステップＳ１）。
【００３７】
次に、サンプリング制御部１３は、センサ出力検出部１２を制御して、ノコギリ波状のパルス電圧の供給期間にわたって接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力をサンプリングさせる（ステップＳ２）。センサ出力検出部１２は、サンプリングした複数のセンサ出力を記憶部１１に一時的に記憶させる。
【００３８】
次に、微分解析部１４が、サンプリングした複数のセンサ出力に基づいて検知対象ガスが存在しているか否かを判断する（ステップＳ３）。検知対象ガスが存在していないと判断すると（ステップＳ３でＮ）、微分解析部１４は微分演算を行うことなくステップＳ１に戻る。これに対して、検知対象ガスが存在していれば（ステップＳ３でＹ）、微分解析部１４がサンプリングした複数のセンサ出力を微分して微分波形データを得る（ステップＳ４）。
【００３９】
次いで、微分解析部１４は、微分波形データから微分値上昇方向から下降方向へ変化するピークの出現時間であるピーク位置ｔｐと、ピーク高さＨとを算出する（ステップＳ５）。算出されたピーク位置ｔｐおよびピーク高さＨのデータは、ガス検出部１５に供給される。
【００４０】
次いで、ガス検出部１５は、供給されたピーク位置ｔｐのデータと記憶部１１に格納されている微分波形データベースとを比較し、微分波形データベース中に一致するピーク位置ｔｐを有するガス種があれば、検知対象ガスは、そのガス種であると判別される（ステップＳ６）。
【００４１】
次いで、ガス検出部１５において、ピーク高さＨと記憶部１１に格納されている濃度とピーク高さＨの関係に基づいて、判別されたガス種の濃度が検出する（ステップＳ７）。その後、ガス検出部１５は、判別されたガス種を示す検出出力及び判別されたガス種の濃度を示す検出出力を出力部３０に供給した後（ステップＳ８）、ガス検出処理を終了する。
【００４２】
出力部３０は、ガス検出部１５から供給されたガス種を示す検出出力と、ガス濃度を示す検出出力を文字および数字表示等により出力する。たとえば、ＬＣＤの画面にガス種を文字表示すると共に、ガス濃度を数字や数字とバーの組み合わせ等により表示することができる。
【００４３】
上述したガス検出装置によれば、ノコギリ波駆動回路５０が、供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に供給電力を増加した後に一定値になるようなノコギリ状のパルス電圧の供給を行うものである。これにより、接触燃焼式ガスセンサ４０は低温から所定時間ｔ２をかけてゆっくり接触燃焼可能な高温になり、ガス種類に応じた微分波形のピーク位置が重なることがなく、熱容量が小さな装置であっても簡単にガスの種類の判別及び判別したガスの濃度の検出を行うことができる。
【００４４】
また、上述したガス検出装置によれば、所定時間ｔ２が、供給開始と同時に供給電圧が一定値になるような矩形状のパルス電圧を接触燃焼式ガスセンサ４０に供給したとき、接触燃焼式ガスセンサ４０がその矩形状のパルス電圧の供給開始から一定値に応じた温度に達するまでの時間よりも長い時間に予め設定されている。これにより、確実に接触燃焼式ガスセンサ４０、即ち感応素子部Ｒｓの温度がノコギリ状のパルス電圧に追従して、低温から所定時間ｔ２をかけてゆっくり接触燃焼可能な高温になり、確実にガスの種類の判別及び判別したガスの濃度の検出を行うことができる。
【００４５】
また、上述したガス検出装置によれば、立ち上がり時間に応じた微分波形のピーク位置に基づいて検知対象ガスの種類の判別を行うので、微分するだけで簡単に立ち上がり時間に応じた値を得ることができる。
【００４６】
また、上述したガス検出装置によれば、ノコギリ波駆動回路５０が、所定時間ｔ２かけて供給電力を一定の割合で増加させるので、より確実にガス種類に応じた微分波形のピーク位置が重なることがないので、より正確にガスの種類の判別及び判別したガスの濃度の検出を行うことができる。
【００４７】
また、本発明者らは、上述した構成のガス検出装置を製造し、ｉ−ＢとＨ2の混合ガスのｉ−Ｂ濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力及び該センサ出力の微分波形を測定して、本発明の効果を確認した。結果を、図６及び図７に示す。このとき、所定時間ｔ１が４００ｍｓ、所定時間ｔ２が２５０ｍｓ、所定時間ｔ３が１０ｓｅｃのノコギリ波状のパルス電圧を供給している。また、一定温度Ｔｃを４５０°Ｃとしている。
【００４８】
図７に示すように、Ｈ2のピーク位置は、２００ｍｓであることが分かった。また、Ｈ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置は、２５０ｍｓであることが分かった。従って、Ｈ2のピーク位置とＨ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置との差を、５０ｍｓにすることができた。図１３に示す従来例のピーク位置の差２０ｍｓよりも大きくすることができた。また、図７からｉ−Ｂの濃度により微分後のピークの高さが変化していることが分かった。
【００４９】
次に、本発明者らは、所定時間ｔ２を２ｓｅｃにしたノコギリ波のパルス電圧で駆動して、ｉ−ＢとＨ2の混合ガスのｉ−Ｂ濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力の微分波形を測定して、本発明の効果を確認した。結果を、図８に示す。図８に示すように、Ｈ2のピーク位置は９００ｍｓであることが分かった。また、Ｈ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置は、１７００ｍｓであることが分かった。
【００５０】
従って、Ｈ2のピーク位置とＨ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置との差を、８００ｍｓにすることができた。図７に示す場合より大きくすることができた。以上のことから明らかなように、所定時間ｔ２を長くする程、ガス種によるピーク位置の差が大きくなり、ガス種の判別が行いやすい。
【００５１】
次に、本発明者らは、Ｈ2ガスの濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を測定した。結果を、図１０に示す。また、本発明者らは、ＣＨ4ガスの濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を測定した。結果を、図１１に示す。また、本発明者らは、ｉ−Ｂガスの濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を測定した。結果を、図１２に示す。また、本発明者らは、ＣＯガスの濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を測定した。結果を、図１３に示す。
【００５２】
同図に示すように、ガス種によってセンサ出力の立ち上がり時間が大きく異なることが分かった。これは、ガス種によってガスの燃焼開始温度が異なることを示している。つまり、所定時間ｔ２かけて供給電圧を一定の上昇率で増加させることにより、接触燃焼式ガスセンサ４０の温度も徐々に上昇して、ガス種による立ち上がり時間に大きな差を出せることができた。従って、この立ち上がり時間、即ちセンサ出力の微分波形のピークからガスの種類の判別が可能となる。
【００５３】
なお、上述した実施形態では、センサ出力を微分してそのピーク位置に基づいて検知対象ガスの種類の判別を行っていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、センサ出力の立ち上がり時間を直接求めて、求めた立ち上がり時間から検知対象ガスの種類の判別を行うようにしてもよい。
【００５４】
また、センサ出力の微分波形のピーク高さが高く、濃度が高かった場合、ノコギリ波状パルス電圧の所定時間ｔ３を短くし、ピーク高さが低く、濃度が低かった場合、ノコギリ波状パルス電圧の所定時間ｔ３を長くするようにしてもよい。
【００５５】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係るガス検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のガス検出装置を構成する接触燃焼式ガスセンサに供給するパルス電圧の波形例を示すタイミングチャートである。
【図３】図１のガス検出装置を構成する接触燃焼式ガスセンサの構成例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図および（Ｃ）は平面図におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】矩形状のパルス電圧を供給したときの接触燃焼式ガスセンサの温度上昇率と時間との関係を示すグラフである。
【図５】ガス検出装置を構成するコントローラの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】Ｈ2ガスとｉ−Ｂガスの混合ガス中のｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図７】Ｈ2ガスとｉ−Ｂガスの混合ガス中のｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力の微分値と時間との関係を示すグラフである。
【図８】Ｈ2ガスとｉ−Ｂガスの混合ガス中のｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、所定時間ｔ２が２ｓｅｃのノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力の微分値と時間との関係を示すグラフである。
【図９】Ｈ2ガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図１０】ＣＨ4ガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図１１】ｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図１２】ＣＯガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図１３】Ｈ2ガスとｉ−Ｂガスの混合ガス中のｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、矩形状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力の微分値と時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
Ｒｓ 感温素子部
１４ 微分解析部（微分手段）
１５ ガス検出部（ガス検出手段）
５０ ノコギリ波駆動回路（加熱手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置に係り、特に、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、該センサ素子を間欠的に前記検知対象ガスとの接触燃焼が可能な高温に制御するパルス電圧を前記センサ素子に供給する加熱手段と、前記パルス電圧の供給開始から前記センサ素子の抵抗値に応じた出力が一定になるまでの立ち上がり時間に基づいて検知対象ガスの種類の判別を行うガス検出手段とを備えたガス検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上述したガス検出装置としては、接触燃焼式のセンサ素子を用いたものが提案されている。このセンサ素子は、高温に制御するとイソブタン（以下ｉ−Ｂ）、メタン（以下ＣＨ4）、水素（以下Ｈ2）、一酸化炭素（以下ＣＯ）などの無極性又は低有極性のガスと接触燃焼して温度が上昇し抵抗値が変化する。従って、センサ素子の抵抗値に応じた出力がガス濃度に応じた値となる。
【０００３】
上述した無極性又は低有極性のガスの種類を判別するガス検出装置として、例えば特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１のガス検出装置は、矩形状のパルス電圧が供給されるセンサ素子の抵抗値に応じたセンサ出力を微分して、その微分波形のピーク位置に基づいてガス種類の判別を検出している。検知対象ガスの種類によって燃焼開始温度が異なるため、矩形状のパルス電圧の供給を開始してからセンサ出力が立ち上がるまでの立ち上がり時間が異なる。このため、この立ち上がり時間に応じた微分波形のピーク位置は、混合ガスの種類に応じた値となる。
【０００４】
しかしながら、混合ガス中でセンサ素子に矩形状のパルス電圧を供給して瞬間的に高温に制御すると、図１３に示すように、ガス種が違ってもほぼ同じ位置にピークが出現してしまう。同図に示すように、Ｈ2単ガスのピーク位置とＨ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置とは、２０ｍｓ程度の差しかない。ピーク位置が重なると、ガスの種類の判別（定性）又は判別したガス種の濃度の検出（定量）を行うことができない。
【０００５】
また、シリコン基板上に薄膜ダイアフラムを形成し、この薄膜ダイアフラム上にセンサ素子を設けて熱容量を小さくして省電力化を図ったガス検出装置が知られている。特に、このようなガス検出装置の場合、矩形状のパルス電圧を供給するとより短時間で高温までセンサ温度が上昇してしまい、ガスの種類を判別することは不可能であった。
【特許文献１】特許２８０５０４８号公報
【特許文献２】特開２００５−８３９４９号公報
【特許文献３】特開２００２−２４３６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、熱容量が小さな装置であっても簡単にガスの種類の判別を行うことができるガス検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、該センサ素子を間欠的に前記検知対象ガスとの接触燃焼が可能な高温に制御するパルス電圧を前記センサ素子に供給する加熱手段と、前記パルス電圧の供給を開始してから前記センサ素子の抵抗値に応じたセンサ出力が立ち上がるまでの立ち上がり時間に基づいて前記検知対象ガスの種類の判別を行うガス検出手段とを備えたガス検出装置において、前記加熱手段が、供給開始から所定時間かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になるようなノコギリ状の前記パルス電圧を供給するものであることを特徴とするガス検出装置に存する。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記センサ出力を微分して微分波形を取得する微分手段を備え、そして、前記ガス検出手段が、前記立ち上がり時間に応じた前記微分波形のピーク位置に基づいて前記検知対象ガスの種類の判別を行うものであることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置に存する。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記所定時間が、供給開始と同時に供給電圧が前記一定値になるような矩形状のパルス電圧を前記センサ素子に供給したとき、前記センサ素子が当該矩形状のパルス電圧の供給開始から前記一定値に応じた温度に達するまでの時間よりも長い時間に予め設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置に存する。
【００１０】
請求項４記載の発明は、前記加熱手段が、前記所定時間かけて前記供給電力を一定の割合で増加させることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載のガス検出装置に存する。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、センサ素子は低温から所定時間をかけてゆっくり接触燃焼可能な高温になり、ガス種類に応じた立ち上がり時間が重なることがないので、熱容量が小さな装置であっても簡単にガスの種類の判別を行うことができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、微分するだけで簡単に立ち上がり時間に応じた値を得ることができるので、簡単な構成でガスの種類の判別を行うことができる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、確実にセンサ素子の温度がノコギリ状のパルス電圧に追従して、低温から所定時間をかけてゆっくり接触燃焼可能な高温になるので、確実に熱容量が小さな装置であっても簡単にガスの種類の判別を行うことができる。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、より確実にガス種類に応じた立ち上がり時間が重なることがないので、より正確にガスの種類の判別を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るガス検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。図２は、図１のガス検出装置を構成する接触燃焼式ガスセンサに供給するパルス電圧の波形例を示すタイミングチャートである。図３は、図１のガス検出装置を構成する接触燃焼式ガスセンサの構成例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図および（Ｃ）は平面図におけるＡ−Ａ線断面図である。
【００１６】
ガス検知装置１は、コントローラ１０と、駆動電源２０と、出力部３０と、検出用のブリッジ回路を含む接触燃焼式ガスセンサ４０と、加熱手段としてのノコギリ波駆動回路５０とから構成される。コントローラ１０には、駆動電源２０、出力部３０、接触燃焼式ガスセンサ４０及びノコギリ波駆動回路５０が接続されている。
【００１７】
コントローラ１０は、記憶部１１、センサ出力検出部１２、サンプリング制御部１３、微分手段としての微分解析部１４及びガス検出手段としてのガス検出部１５を含んで構成される。図示しないが、コントローラ１０は、タイマ部等も有している。このコントローラ１０は、たとえば、マイクロコンピュータにて具現化可能である。
【００１８】
ガス検知装置１では、図２の実線で示すようなノコギリ波状のパルス電圧が供給されて通電制御され、この接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力に基づいて、コントローラ１０にて所望のガス種が検知され出力される。
【００１９】
接触燃焼式ガスセンサ４０は、後述するノコギリ波駆動回路５０にて図２の実線で示すようなノコギリ波状のパルス電圧が供給されて間欠的に検知対象ガスと接触燃焼する高温に制御される。この接触燃焼式ガスセンサ４０は、図３に示すように、センサ素子としての感応素子部Ｒｓおよび補償素子部Ｒｒから構成されている。感応素子部Ｒｓは、白金（Ｐｔ）ヒータ４２および白金族、たとえばパラジウム（Ｐｄ）を担持したアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）からなるＰｄ／Ａｌ2Ｏ3触媒層４３を含み、補償素子部Ｒｒは、白金（Ｐｔ）ヒータ４４およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）層４５を含む。
【００２０】
詳しくは、図３（Ａ）および（Ｂ）に示すように、この接触燃焼式ガスセンサ４０は、シリコン（Ｓｉ）ウエハ４１の上に、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜４８ｃ、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜４８ｂおよび酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜４８ａからなる絶縁薄膜が成膜され、その上に、感応素子部Ｒｓとして白金（Ｐｔ）ヒータ４２およびＰｄ／Ａｌ2Ｏ3触媒層４３、補償素子部Ｒｒとして白金（Ｐｔ）ヒータ４４およびアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）層４５が形成されている。また、図３（Ｃ）に示すように、異方性エッチングして凹部４６及び４７を形成して、それぞれ薄膜ダイアフラムＤｓ及びＤｒを形成することにより熱容量を小さくしている。
【００２１】
白金（Ｐｔ）ヒータ４２および４４は、固定抵抗Ｒ１およびＲ２と可変抵抗Ｒｖと共にブリッジ回路を構成している。そして、このブリッジ回路において、白金（Ｐｔ）ヒータ４２および固定抵抗Ｒ１の接続点、並びに白金（Ｐｔ）ヒータ４４および固定抵抗Ｒ２の接続点には、コントローラ１０のノコギリ波駆動回路５０からのパルス電圧が所定のインターバルで間欠的に供給される。また、白金（Ｐｔ）ヒータ４２および白金（Ｐｔ）ヒータ４４の接続点と、可変抵抗Ｒｖの可動端子は、コントローラ１０のセンサ出力検出部１２に接続され、それにより、接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力としての電圧値がセンサ出力検出部１２に供給される。
【００２２】
このような接触燃焼式ガスセンサ４０を使用するに際しては、まず、検出動作開始前に、センサ出力検出部１２に供給されるセンサ出力が中間電位になるように可変抵抗Ｒｖを調整する。この状態において、検出対象ガスが感応素子部Ｒｓに触れると触媒作用により、この素子で接触燃焼する。この接触燃焼により発生する熱により、白金（Ｐｔ）ヒータ４２の抵抗値が上昇し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩れ、コントローラ１０にセンサ出力が供給される。この場合、白金（Ｐｔ）ヒータ４４は、周囲温度の変動による白金（Ｐｔ）ヒータ４２の抵抗値の変動を相殺し、反応熱に起因する白金（Ｐｔ）ヒータ４２の抵抗値の変動成分のみを取り出せるように温度補償する。
【００２３】
また、上述した記憶部１１には、複数のガス種類に対応したセンサ出力の微分波形のピーク位置を含む微分波形データベース、濃度とピーク高さとの関係が予め格納されている。また、記憶部１１には、図５に示す処理時に一時的に発生するデータも格納される。
【００２４】
センサ出力検出部１２は、サンプリング制御部１３の制御に応じてノコギリ波状のパルス電圧が供給されている間のセンサ出力を時系列的に検出する。検出されたセンサ出力は、対応する処理が終了するまで記憶部１１に一時的に保存される。
【００２５】
微分解析部１４は、センサ出力検出部１２が検出したセンサ出力を微分演算して微分波形データを取得する。微分解析部１４は、取得した微分波形データにおける微分値上昇方向から下降方向に変わるピークの出現時間をピーク位置として算出する。微分解析部１４は、上記ピークの高さを算出する。
【００２６】
ガス検出部１５は、微分解析部１４にて求められたピーク位置およびピーク高さに基づいて、検知対象ガスのガス種の判別及び判別したガス種の濃度を検出する定量、定性を行う。
【００２７】
駆動電源２０は、既成の電池等が用いられる。また、出力部３０は、ガス検出部１５で判別されたガス種とその濃度とを出力する。この出力部３０は、たとえば、ガス種検出結果の出力例として、検知対象ガスの種類を直接文字表示すると共にその濃度を数字表示するＬＣＤ（液晶ディスプレイ）およびその駆動回路であってもよいし、検知対象ガスの種類を色分表示したり点滅するＬＥＤ及びその駆動回路等であってもよい。また、ブザー等の可聴信号にてガス検出結果を出力するようにしてもよい。
【００２８】
上述したノコギリ波駆動回路５０は、サンプリング制御部１３の制御に応じて図２の実線で示すようなノコギリ波状のパルス電圧を所定時間ｔ３毎に供給している。パルス電圧は、供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になり、所定時間ｔ１経過した時点で供給停止するようなノコギリ波状のパルス電圧である。
【００２９】
上述した接触燃焼式ガスセンサ４０は、上述したように熱容量が小さい。このため、上述したようなノコギリ波状のパルス電圧を供給すると、図２の一点鎖線で示すようにパルス電圧の供給電圧の上昇にほとんど遅れることなく追従して温度が上昇する。即ち、パルス電圧の供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に温度が上昇した後に一定温度Ｔｃとなる。
【００３０】
ここで、所定時間ｔ１は所定時間ｔ２よりも長ければよい。所定時間ｔ３は、所定時間ｔ１より長ければ何秒でもよい。厚生労働省より出されたシックハウス（室内空気汚染）問題に関する検討中間報告書の室内空気中化学物の測定マニュアルによると、採取時間を３０ｍｉｎと明記している。そこで、所定時間ｔ３の最大値は、３０ｍｉｎが望ましいと考えられる。
【００３１】
また、所定時間ｔ２は、供給開始と同時に供給電圧が一定値になるような矩形状のパルス電圧を接触燃焼式ガスセンサ４０に供給したとき、接触燃焼式ガスセンサ４０が当該矩形状のパルス電圧の供給開始から一定値に応じた温度に達するまでの飽和時間よりも長い時間に予め設定されている。
【００３２】
本発明者らは、図３に示す本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ４０に矩形状のパルス電圧を印加して、接触燃焼式ガスセンサ４０の温度上昇率を計測した。結果を図４に示す。同図に示すように、接触燃焼式ガスセンサ４０は、矩形状のパルス電圧の供給開始から６０ｍｓに温度上昇率が１００％となっている。即ち、接触燃焼式ガスセンサ４０は、矩形状のパルス電圧の供給開始から６０ｍｓ後に一定値に応じた温度（例えば３００°Ｃ、４００°Ｃ、４５０°Ｃ）に達している。このことから、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ４０の上記飽和時間は６０ｍｓであることが分かった。従って、本実施形態では、所定時間ｔ２は、６０ｍｓより長い時間に予め設定されている。
【００３３】
一定温度Ｔｃの上限は、接触燃焼式ガスセンサ４０が断線する温度（例えば１２００°Ｃ）以下で、かつ検知対象ガスの接触燃焼開始温度以上であれば何°Ｃでもよい。本実施形態では、例えば上記所定時間ｔ１を４００ｍｓ、所定時間ｔ２を２５０ｍｓ、所定時間ｔ３を１０ｓｅｃとしている。また、一定温度Ｔｃを４５０°Ｃとした。
【００３４】
上述したノコギリ波駆動回路５０としては、例えば、矩形状パルスを発生する矩形状パルス発生回路と、ゲインの調整可能な増幅器とから構成され、サンプリング制御部１３によって供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に増幅器のゲインを増加された後に一定に制御されるものが考えられる。
【００３５】
また、ノコギリ波駆動回路５０としては、例えばＤ／Ａ変換器から構成され、サンプリング制御部１３から出力される図２に示すようなノコギリ状のパルス電圧のデジタルデータをＤ／Ａ変換して、ノコギリ状のパルス電圧を出力するものであってもよい。また、ノコギリ波駆動回路５０としては、上記構成に限ったものではなく、供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になるようなノコギリ状のパルス電圧が供給できるものであればよい。
【００３６】
次に、上述した構成のガス検出装置の動作について図５を参照して以下説明する。図４は、ガス検出装置１を構成するコントローラ１０の処理手順を示すフローチャートである。まず、コントローラ１０は、駆動電源のオンに応じてガス検出処理を開始する。ガス検出処理の開始に応じてサンプリング制御部１３は、ノコギリ波駆動回路５０を制御して、図２の実線で示すノコギリ波状のパルス電圧を接触燃焼式ガスセンサ４０に供給する（ステップＳ１）。
【００３７】
次に、サンプリング制御部１３は、センサ出力検出部１２を制御して、ノコギリ波状のパルス電圧の供給期間にわたって接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力をサンプリングさせる（ステップＳ２）。センサ出力検出部１２は、サンプリングした複数のセンサ出力を記憶部１１に一時的に記憶させる。
【００３８】
次に、微分解析部１４が、サンプリングした複数のセンサ出力に基づいて検知対象ガスが存在しているか否かを判断する（ステップＳ３）。検知対象ガスが存在していないと判断すると（ステップＳ３でＮ）、微分解析部１４は微分演算を行うことなくステップＳ１に戻る。これに対して、検知対象ガスが存在していれば（ステップＳ３でＹ）、微分解析部１４がサンプリングした複数のセンサ出力を微分して微分波形データを得る（ステップＳ４）。
【００３９】
次いで、微分解析部１４は、微分波形データから微分値上昇方向から下降方向へ変化するピークの出現時間であるピーク位置ｔｐと、ピーク高さＨとを算出する（ステップＳ５）。算出されたピーク位置ｔｐおよびピーク高さＨのデータは、ガス検出部１５に供給される。
【００４０】
次いで、ガス検出部１５は、供給されたピーク位置ｔｐのデータと記憶部１１に格納されている微分波形データベースとを比較し、微分波形データベース中に一致するピーク位置ｔｐを有するガス種があれば、検知対象ガスは、そのガス種であると判別される（ステップＳ６）。
【００４１】
次いで、ガス検出部１５において、ピーク高さＨと記憶部１１に格納されている濃度とピーク高さＨの関係に基づいて、判別されたガス種の濃度が検出する（ステップＳ７）。その後、ガス検出部１５は、判別されたガス種を示す検出出力及び判別されたガス種の濃度を示す検出出力を出力部３０に供給した後（ステップＳ８）、ガス検出処理を終了する。
【００４２】
出力部３０は、ガス検出部１５から供給されたガス種を示す検出出力と、ガス濃度を示す検出出力を文字および数字表示等により出力する。たとえば、ＬＣＤの画面にガス種を文字表示すると共に、ガス濃度を数字や数字とバーの組み合わせ等により表示することができる。
【００４３】
上述したガス検出装置によれば、ノコギリ波駆動回路５０が、供給開始から所定時間ｔ２かけて徐々に供給電力を増加した後に一定値になるようなノコギリ状のパルス電圧の供給を行うものである。これにより、接触燃焼式ガスセンサ４０は低温から所定時間ｔ２をかけてゆっくり接触燃焼可能な高温になり、ガス種類に応じた微分波形のピーク位置が重なることがなく、熱容量が小さな装置であっても簡単にガスの種類の判別及び判別したガスの濃度の検出を行うことができる。
【００４４】
また、上述したガス検出装置によれば、所定時間ｔ２が、供給開始と同時に供給電圧が一定値になるような矩形状のパルス電圧を接触燃焼式ガスセンサ４０に供給したとき、接触燃焼式ガスセンサ４０がその矩形状のパルス電圧の供給開始から一定値に応じた温度に達するまでの時間よりも長い時間に予め設定されている。これにより、確実に接触燃焼式ガスセンサ４０、即ち感応素子部Ｒｓの温度がノコギリ状のパルス電圧に追従して、低温から所定時間ｔ２をかけてゆっくり接触燃焼可能な高温になり、確実にガスの種類の判別及び判別したガスの濃度の検出を行うことができる。
【００４５】
また、上述したガス検出装置によれば、立ち上がり時間に応じた微分波形のピーク位置に基づいて検知対象ガスの種類の判別を行うので、微分するだけで簡単に立ち上がり時間に応じた値を得ることができる。
【００４６】
また、上述したガス検出装置によれば、ノコギリ波駆動回路５０が、所定時間ｔ２かけて供給電力を一定の割合で増加させるので、より確実にガス種類に応じた微分波形のピーク位置が重なることがないので、より正確にガスの種類の判別及び判別したガスの濃度の検出を行うことができる。
【００４７】
また、本発明者らは、上述した構成のガス検出装置を製造し、ｉ−ＢとＨ2の混合ガスのｉ−Ｂ濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力及び該センサ出力の微分波形を測定して、本発明の効果を確認した。結果を、図６及び図７に示す。このとき、所定時間ｔ１が４００ｍｓ、所定時間ｔ２が２５０ｍｓ、所定時間ｔ３が１０ｓｅｃのノコギリ波状のパルス電圧を供給している。また、一定温度Ｔｃを４５０°Ｃとしている。
【００４８】
図７に示すように、Ｈ2のピーク位置は、２００ｍｓであることが分かった。また、Ｈ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置は、２５０ｍｓであることが分かった。従って、Ｈ2のピーク位置とＨ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置との差を、５０ｍｓにすることができた。図１３に示す従来例のピーク位置の差２０ｍｓよりも大きくすることができた。また、図７からｉ−Ｂの濃度により微分後のピークの高さが変化していることが分かった。
【００４９】
次に、本発明者らは、所定時間ｔ２を２ｓｅｃにしたノコギリ波のパルス電圧で駆動して、ｉ−ＢとＨ2の混合ガスのｉ−Ｂ濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力の微分波形を測定して、本発明の効果を確認した。結果を、図８に示す。図８に示すように、Ｈ2のピーク位置は９００ｍｓであることが分かった。また、Ｈ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置は、１７００ｍｓであることが分かった。
【００５０】
従って、Ｈ2のピーク位置とＨ2及びｉ−Ｂの混合ガスのピーク位置との差を、８００ｍｓにすることができた。図７に示す場合より大きくすることができた。以上のことから明らかなように、所定時間ｔ２を長くする程、ガス種によるピーク位置の差が大きくなり、ガス種の判別が行いやすい。
【００５１】
次に、本発明者らは、Ｈ2ガスの濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を測定した。結果を、図１０に示す。また、本発明者らは、ＣＨ4ガスの濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を測定した。結果を、図１１に示す。また、本発明者らは、ｉ−Ｂガスの濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を測定した。結果を、図１２に示す。また、本発明者らは、ＣＯガスの濃度を変化させたときの接触燃焼式ガスセンサ４０のセンサ出力を測定した。結果を、図１３に示す。
【００５２】
同図に示すように、ガス種によってセンサ出力の立ち上がり時間が大きく異なることが分かった。これは、ガス種によってガスの燃焼開始温度が異なることを示している。つまり、所定時間ｔ２かけて供給電圧を一定の上昇率で増加させることにより、接触燃焼式ガスセンサ４０の温度も徐々に上昇して、ガス種による立ち上がり時間に大きな差を出せることができた。従って、この立ち上がり時間、即ちセンサ出力の微分波形のピークからガスの種類の判別が可能となる。
【００５３】
なお、上述した実施形態では、センサ出力を微分してそのピーク位置に基づいて検知対象ガスの種類の判別を行っていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、センサ出力の立ち上がり時間を直接求めて、求めた立ち上がり時間から検知対象ガスの種類の判別を行うようにしてもよい。
【００５４】
また、センサ出力の微分波形のピーク高さが高く、濃度が高かった場合、ノコギリ波状パルス電圧の所定時間ｔ３を短くし、ピーク高さが低く、濃度が低かった場合、ノコギリ波状パルス電圧の所定時間ｔ３を長くするようにしてもよい。
【００５５】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係るガス検出装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のガス検出装置を構成する接触燃焼式ガスセンサに供給するパルス電圧の波形例を示すタイミングチャートである。
【図３】図１のガス検出装置を構成する接触燃焼式ガスセンサの構成例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は底面図および（Ｃ）は平面図におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図４】矩形状のパルス電圧を供給したときの接触燃焼式ガスセンサの温度上昇率と時間との関係を示すグラフである。
【図５】ガス検出装置を構成するコントローラの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】Ｈ2ガスとｉ−Ｂガスの混合ガス中のｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図７】Ｈ2ガスとｉ−Ｂガスの混合ガス中のｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力の微分値と時間との関係を示すグラフである。
【図８】Ｈ2ガスとｉ−Ｂガスの混合ガス中のｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、所定時間ｔ２が２ｓｅｃのノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力の微分値と時間との関係を示すグラフである。
【図９】Ｈ2ガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図１０】ＣＨ4ガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図１１】ｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図１２】ＣＯガスの濃度を変化させ、ノコギリ波状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力と時間との関係を示すグラフである。
【図１３】Ｈ2ガスとｉ−Ｂガスの混合ガス中のｉ−Ｂガスの濃度を変化させ、矩形状のパルス電圧で駆動したときのセンサ出力の微分値と時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５７】
Ｒｓ 感温素子部
１４ 微分解析部（微分手段）
１５ ガス検出部（ガス検出手段）
５０ ノコギリ波駆動回路（加熱手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、該センサ素子を間欠的に前記検知対象ガスとの接触燃焼が可能な高温に制御するパルス電圧を前記センサ素子に供給する加熱手段と、前記パルス電圧の供給を開始してから前記センサ素子の抵抗値に応じたセンサ出力が立ち上がるまでの立ち上がり時間に基づいて前記検知対象ガスの種類の判別を行うガス検出手段とを備えたガス検出装置において、
前記加熱手段が、供給開始から所定時間かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になるようなノコギリ状の前記パルス電圧を供給するものであることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記センサ出力を微分して微分波形を取得する微分手段を備え、そして、
前記ガス検出手段が、前記立ち上がり時間に応じた前記微分波形のピーク位置に基づいて前記検知対象ガスの種類の判別を行うものであることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記所定時間が、供給開始と同時に供給電圧が前記一定値になるような矩形状のパルス電圧を前記センサ素子に供給したとき、前記センサ素子が当該矩形状のパルス電圧の供給開始から前記一定値に応じた温度に達するまでの時間よりも長い時間に予め設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記加熱手段が、前記所定時間かけて一定の割合で供給電圧が増加した後に一定値になるような前記パルス電圧を供給するものであることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載のガス検出装置。
【請求項１】
検知対象ガスと接触燃焼して温度が変化すると抵抗値が変化する接触燃焼式のセンサ素子と、該センサ素子を間欠的に前記検知対象ガスとの接触燃焼が可能な高温に制御するパルス電圧を前記センサ素子に供給する加熱手段と、前記パルス電圧の供給を開始してから前記センサ素子の抵抗値に応じたセンサ出力が立ち上がるまでの立ち上がり時間に基づいて前記検知対象ガスの種類の判別を行うガス検出手段とを備えたガス検出装置において、
前記加熱手段が、供給開始から所定時間かけて徐々に供給電圧が増加した後に一定値になるようなノコギリ状の前記パルス電圧を供給するものであることを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記センサ出力を微分して微分波形を取得する微分手段を備え、そして、
前記ガス検出手段が、前記立ち上がり時間に応じた前記微分波形のピーク位置に基づいて前記検知対象ガスの種類の判別を行うものであることを特徴とする請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記所定時間が、供給開始と同時に供給電圧が前記一定値になるような矩形状のパルス電圧を前記センサ素子に供給したとき、前記センサ素子が当該矩形状のパルス電圧の供給開始から前記一定値に応じた温度に達するまでの時間よりも長い時間に予め設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記加熱手段が、前記所定時間かけて一定の割合で供給電圧が増加した後に一定値になるような前記パルス電圧を供給するものであることを特徴とする請求項１〜３何れか１項記載のガス検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−６４４９１（Ｐ２００８−６４４９１Ａ）
【公開日】平成２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４０１０８（Ｐ２００６−２４０１０８）
【出願日】平成１８年９月５日（２００６．９．５）
【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２０年３月２１日（２００８．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月５日（２００６．９．５）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
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