ガス検出装置
【課題】連続したガス検出ができるとともに、検出対象ガスの濃度によらず接触燃焼式ガスセンサの劣化度合を正確に把握できるガス検出装置を提供する。
【解決手段】ガス検出装置１は、感応素子を備える接触燃焼式ガスセンサ１５を有しており、感応素子の温度が検出対象ガスを燃焼する高温にされた後に、前記感応素子の温度を、互いに異なる複数の低温駆動時間の中から選択される１つの前記低温駆動時間にわたって、検出対象ガスを燃焼しない低温にして、続いて、高温駆動時間にわたって前記高温にする。そして、感応素子の温度が高温にされる毎に、接触燃焼式ガスセンサ１５の出力を測定する。そして、互いに異なる低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合に測定された複数の接触燃焼式ガスセンサ１５の出力に基づいて、低温駆動時間に対する接触燃焼式ガスセンサ１５の出力の傾きを算出する。
【解決手段】ガス検出装置１は、感応素子を備える接触燃焼式ガスセンサ１５を有しており、感応素子の温度が検出対象ガスを燃焼する高温にされた後に、前記感応素子の温度を、互いに異なる複数の低温駆動時間の中から選択される１つの前記低温駆動時間にわたって、検出対象ガスを燃焼しない低温にして、続いて、高温駆動時間にわたって前記高温にする。そして、感応素子の温度が高温にされる毎に、接触燃焼式ガスセンサ１５の出力を測定する。そして、互いに異なる低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合に測定された複数の接触燃焼式ガスセンサ１５の出力に基づいて、低温駆動時間に対する接触燃焼式ガスセンサ１５の出力の傾きを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象ガスと感応する感応素子を備えた接触燃焼式ガスセンサを有するガス検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来知られている接触燃焼式ガスセンサは、例えば、感応素子と補償素子を有し、検出対象となるガスを感応素子の触媒作用により燃焼させ、この燃焼熱を白金コイル（即ち、白金ヒータ）の抵抗値変化として捉えるように構成されている。検出対象となるガスのうちトルエンや酢酸、エタノール等のように、極性が大きく吸着力の大きなガスは、低温駆動時に、ガス分子が感応素子の触媒表面に吸着し、高温駆動時に、吸着したガスが瞬時に燃焼すると共に接触燃焼反応も同時に起こるので、センサ出力は、短時間でピークに達しその後徐々に減少するピーク波形（山形波形）を生じる。一方、メタンや水素、一酸化炭素等の無極性または極性の小さいガスは、吸着力も小さいので上記のような現象は起こらず、センサ出力は、定常値で安定するまで徐々に増加していく。
【０００３】
このように、トルエン等の特定種類のガスにおいて固有のピーク波形を呈することを利用して、接触燃焼式ガスセンサを用いてガス濃度の検出やガス種の分別などのガス検出を行うことができる。このような特定種類のガスの吸着現象を利用する接触燃焼式ガスセンサは、吸着燃焼式ガスセンサとも呼ばれている。このような接触燃焼式ガスセンサ（吸着燃焼式ガスセンサを含む）は、ガス濃度検出装置やガス種別検出装置などの種々のガス検出装置において用いられている。
【０００４】
上述した接触燃焼式ガスセンサの感応素子は、検出対象ガスの燃焼する際に、その表面にカーボンやシリコンなどの被毒物質が付着するとともに経時的に堆積して、この付着量（即ち、被毒量）に応じてその出力が変化（即ち、経時変化）することが知られている。そして、このような経時変化を生じたセンサについて、濃度既知の標準ガスを供給してセンサ出力を校正する技術が、例えば、特許文献１などに開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、校正に際して、該標準ガスの導入のためにガス検出動作を一時的に止める必要があるので、標準ガス導入などの作業が繁雑であるとともに、連続してガス検出ができないという問題があった。そして、このような問題を解決するガス検出装置が、本発明者らによって特許文献２に開示されている。
【０００６】
特許文献２において開示されたガス検出装置は、検出対象ガスの濃度がゼロガス状態と見なせる程度に低いときに計測したエアベース濃度を用いて、予め記憶されているエアベース濃度と経時量との関係、及び、経時量とセンサ感度との関係から、接触燃焼式ガスセンサの出力の補正を行って検出対象ガスの濃度を検出するものである。このガス検出装置によれば、ガス濃度検出途中に計測したエアベース濃度を予め記憶された各関係情報に当てはめることにより、センサ感度の経時変化を求めて補正を行うので、標準ガスが不要で且つ連続してガス濃度検出することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１７２６９５号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２に記載されたガス検出装置では、接触燃焼式ガスセンサの劣化度合の指標として、検出対象ガスの濃度がゼロガス状態と見なせる程度に低いときに計測したエアベース濃度計測値を用いて、接触燃焼式ガスセンサの出力を補正するので、高濃度の雰囲気では補正を行うためのエアベース濃度計測値を計測することができず、そのため、接触燃焼式ガスセンサの出力の補正を行うことができず、検出対象ガスの精度が低くなってしまうという問題があった。また、接触燃焼式ガスセンサの出力の補正は、例えば、予備計測などによって予め用意されたエアベース濃度計測値と経時量との関係情報、及び、該経時量とセンサ感度との関係情報、に、計測されたエアベース濃度計測値を当てはめて取得したセンサ感度に基づいて行われるが、この計測されたエアベース濃度計測値は、環境温度、環境湿度、又は、雰囲気の流動（外風）等の環境条件の変化などによって上記感応素子の温度が変動すると、その影響を受けて共に変動してしまい、そのため、このエアベース濃度計測値を上記関係情報に当てはめたときに、劣化度合に応じたセンサ感度を正確に取得することができず、接触燃焼式ガスセンサの出力の補正に誤差が生じて、検出対象ガスの検出精度が低くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、連続したガス検出ができるとともに、検出対象ガスの濃度によらず接触燃焼式ガスセンサの劣化度合を正確に把握できるガス検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、図１の基本構成図に示すように、検出対象ガスと感応する感応素子を備えるとともに、前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを燃焼しない低温となる低温駆動制御及び前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを燃焼する高温となる高温駆動制御が行われる、接触燃焼式ガスセンサ１５、を有するガス検出装置１において、前記感応素子の温度が前記高温にされた後に、前記接触燃焼式ガスセンサ１５に、予め定められた互いに異なる複数の低温駆動時間の中から選択される１つの前記低温駆動時間にわたって前記低温駆動制御を行い、続いて、予め定められた高温駆動時間にわたって前記高温駆動制御を行う駆動制御手段６１ａと、前記駆動制御手段６１ａによって前記高温駆動制御が行われる毎に、前記接触燃焼式ガスセンサ１５の出力を測定する出力測定手段６１ｂと、前記駆動制御手段６１ａにおいて互いに異なる前記低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合に、前記出力測定手段６１ｂによって測定された複数の前記接触燃焼式ガスセンサ１５の出力に基づいて、前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きを算出する傾き算出手段６１ｃと、を有していることを特徴とするガス検出装置である。
【００１１】
請求項１に記載された発明によれば、前記感応素子の温度が前記高温にされた後の前記接触燃焼式ガスセンサに対して、前記感応素子の温度を互いに異なる複数の低温駆動時間から選択された１つの低温駆動時間にわたり前記低温にして、続いて、前記感応素子の温度を高温駆動時間にわたり前記高温にする。そして、このとき感応素子の温度が高温にされる毎に前記接触燃焼式ガスセンサの出力を測定する。そして、互いに異なる低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合において測定された複数の前記接触燃焼式ガスセンサ出力から、前記低温駆動時間に対する前記接触燃焼式ガスセンサの出力の傾きを算出する。
【００１２】
前記低温駆動時間に対する前記接触燃焼式ガスセンサの出力の傾きは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、前記感応素子の被毒量、即ち、劣化度合に応じて一定の値になるとともに、劣化度合に応じて絶対値が大きくなるものである。また、この傾きは、例えば、２つの前記出力の差分を、これら２つの前記出力のそれぞれに対応する低温駆動時間の差分で除することで算出されるが、これら２つの前記出力を、環境条件が変化しない程度の短い時間間隔（例えば、数ｍ秒〜数秒程度）で測定するとともに、これら２つの前記出力の差分をとることで、環境条件に係る出力分を相殺して、感応素子の劣化度合に係る出力分のみを取り出すことができる。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記駆動制御手段６１ａが、前記低温駆動制御及び該低温駆動制御に続く前記高温駆動制御からなる一連の駆動制御を、前記低温駆動時間が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行うことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２に記載された発明によれば、前記感応素子の温度を低温にした後高温にする一連の動作（駆動制御）を、前記低温駆動時間が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行う。
【００１５】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記低温駆動時間の長さが、前記感応素子に前記検出対象ガスが吸着しない長さにされていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載された発明によれば、前記低温駆動時間の長さを、前記感応素子に前記検出対象ガスが吸着しない長さにして、前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きを算出する。
【００１７】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載された発明において、図１の基本構成図に示すように、前記接触燃焼式ガスセンサ１５における前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きと出力補正量との関係を示す補正情報を予め記憶する補正情報記憶手段６４と、前記傾き算出手段６１ｃによって算出された前記傾き及び前記補正情報記憶手段６４に記憶された前記補正情報に基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサ１５の出力を補正する出力補正手段６１ｄと、を有していることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４に記載された発明によれば、前記接触燃焼式ガスセンサにおける前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きと出力補正量との関係を示す補正情報が予め記憶されており、この補正情報と算出された前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きとに基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサの出力を補正する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載された発明によれば、前記感応素子の温度が前記高温にされた後の前記接触燃焼式ガスセンサに対して、前記感応素子の温度を互いに異なる複数の低温駆動時間から選択された１つの低温駆動時間にわたり前記低温にして、続いて、前記感応素子の温度を高温駆動時間にわたり前記高温にして、そして、このとき感応素子の温度が前記高温にされる毎に前記接触燃焼式ガスセンサの出力を測定して、そして、互いに異なる低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合において測定された複数の前記接触燃焼式ガスセンサ出力から、前記低温駆動時間に対する前記接触燃焼式ガスセンサの出力の傾きを算出するので、この傾きは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、前記感応素子の被毒量、即ち、劣化度合に応じて一定の値になるとともに、劣化度合に応じて絶対値が大きくなるものであり、また、環境条件に係る前記出力を含まず且つ感応素子の劣化度合に係る前記出力のみを含むものであり、そのため、この傾きを、前記感応素子の劣化度合を示す指標として用いることで、検出対象ガスの濃度にかかわらず、該劣化度合を正確に把握することができる。また、標準ガスを用いることなく劣化度合を把握することができるので、連続してガス検出ができる。
【００２０】
請求項２に記載された発明によれば、前記感応素子の温度を低温にした後高温にする一連の駆動制御を、前記低温駆動時間が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行うので、互いに異なる低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合において行われる前記接触燃焼式ガスセンサ出力の測定の間隔を短くすることができ、そのため、環境条件の変化の影響をより受けにくくすることができる。
【００２１】
請求項３に記載された発明によれば、前記低温駆動時間の長さを、前記感応素子に前記検出対象ガスが吸着しない長さにして、前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きを算出するので、吸着性を有する検出対象ガスを検出する吸着燃焼式ガスセンサの劣化度合を正確に把握することができる。
【００２２】
請求項４に記載された発明によれば、前記接触燃焼式ガスセンサにおける前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きと出力補正量との関係を示す補正情報が予め記憶されており、この補正情報と算出された前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きとに基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサの出力を補正するので、高精度なガス検出ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のガス検出装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明のガス検出装置の一実施形態であるガス濃度検出装置を示す構成図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、図２のガス濃度検出装置が備える吸着燃焼式ガスセンサ回路のガスセンサユニットの平面図、背面図、及び、平面図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図２のガス濃度検出装置が備えるＣＰＵが行うガス濃度検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図２のガス濃度検出装置が備えるＣＰＵが行うガス濃度検出処理での、接触燃焼式ガスセンサの駆動制御のイメージを示す図である。
【図６】ガス検出装置における吸着燃焼式ガスセンサの時間差吸着方式での駆動制御のイメージを示す図である。
【図７】時間差吸着方式での吸着燃焼出力電圧波形の一例を示すグラフである。
【図８】時間差吸着方式での接触燃焼出力電圧波形の一例を示すグラフである。
【図９】時間差吸着方式での吸着ピーク出力電圧波形の一例を示すグラフである。
【図１０】時間差吸着方式が用いられるガス検出装置を示す構成図である。
【図１１】非吸着時間に対する吸着ピーク積分値の変化を示すグラフである。
【図１２】図１１のグラフを、オフセットして並べかえたグラフである。
【図１３】非吸着時間が長いときの、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びに吸着燃焼式ガスセンサの出力を模式的に示した図である。
【図１４】非吸着時間が短いときの、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びに吸着燃焼式ガスセンサの出力を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、上記低温駆動時間に対する接触燃焼式ガスセンサの出力の傾きと、該接触燃焼式ガスセンサが備える感応素子の劣化度合と、の関係について、図６〜図１４を参照して説明する。
【００２５】
接触燃焼式ガスセンサは、検出対象ガスと感応する感応素子を備えている。そして、この感応素子の温度が、検出対象ガスが燃焼しない低温（吸着燃焼式の場合は、検出対象ガスが吸着する低温）、及び、検出対象ガスが燃焼する高温、になるように、接触燃焼式ガスセンサの駆動制御（即ち、通電や電圧供給）が行われる。このような駆動制御によって、感応素子の温度が上記高温にされると、感応素子が備える触媒による反応によって、検出対象ガスが燃焼する。そして、この検出対象ガスの燃焼熱で白金コイル（白金ヒータ）の抵抗値が変化して、この変化量に基づきガス濃度やガス種を検出する。
【００２６】
このような接触燃焼式ガスセンサは、検出対象ガスの燃焼に際し、感応素子表面にカーボンやシリコンなどの被毒物質が付着、堆積することが一般的に知られている。そして、接触燃焼式ガスセンサは、温度変化に対する応答特性を向上させるために、熱容量が小さくなるように非常に微小に形成されているが、上記被毒物質の付着量（即ち、被毒量）に応じて熱容量が大きくなり、応答特性が悪化してしまう。
【００２７】
ところで、接触燃焼式ガスセンサを吸着燃焼式ガスセンサとして使用した場合においては、時間差吸着方式という制御方式を用いてガス検出が行われる。この時間差吸着方式では、図６に示すように、（１）感応素子の温度が上記低温となる低温駆動電圧を、該感応素子に検出対象ガスが吸着する吸着時間ｂ１にわたって供給し、続いて、感応素子の温度が上記高温となる高温駆動電圧を、該感応素子に吸着した検出対象ガスが燃焼する燃焼時間Ｂ１にわたって供給し、（２）このときの燃焼時間Ｂ１における吸着燃焼式ガスセンサの出力の積分値（吸着燃焼積分値Ｓｂ）を計測し、（３）続いて、上記低温駆動電圧を、該感応素子に検出対象ガスが吸着しない非吸着時間ａ１（低温駆動時間に相当、非吸着時間ａ１は吸着時間ｂ１より短い）にわたって供給し、続いて、上記高温駆動電圧を、該感応素子に所定の燃焼時間Ａ１（高温駆動時間に相当、燃焼時間Ｂ１と同じ長さ）にわたって供給し、（４）このときの燃焼時間Ａ１における吸着燃焼式ガスセンサの出力の積分値（接触燃焼積分値Ｓａ）を計測し、（５）吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値Ｓａを差し引いた値（吸着ピーク積分値Ｓ）を算出して、（６）この吸着ピーク積分値Ｓと、予備計測などによって予め取得した吸着ピーク積分値Ｓと検出対象ガスの濃度との関係情報と、に基づいて、検出対象ガスの濃度を求める。なお、感応素子に検出対象ガスが吸着するためには、相応の時間が必要である。そして、上述した感応素子に検出対象ガスが吸着する吸着時間とは、感応素子に検出対象ガスが吸着するのに十分な長さの時間のことであり、また、感応素子に検出対象ガスが吸着しない非吸着時間とは、上記吸着時間に満たない、感応素子に検出対象ガスが吸着するのに不十分な長さの時間のことである。
【００２８】
このように、時間差吸着方式は、検出対象ガスを吸着させたときの吸着燃焼出力（吸着燃焼積分値Ｓｂ）から検出対象ガスを吸着させないときの接触燃焼出力（接触燃焼積分値Ｓａ）を差し引くので、吸着した検出対象ガスに係るピーク出力のみをとりだすことができ、そのため、検出対象ガスの吸着燃焼に係る特徴をより明確に得ることができる。図７に、燃焼時間Ｂ１における吸着燃焼式ガスセンサの出力（吸着燃焼出力電圧Ｖｂ）の一例を示し、図８に、燃焼時間Ａ１における吸着燃焼式ガスセンサの出力（接触燃焼出力電圧Ｖａ）の一例を示し、図９に、吸着燃焼出力電圧Ｖｂから接触燃焼出力電圧Ｖａを差し引いた値（吸着ピーク出力電圧Ｖｂ−Ｖａ）の一例を示す。吸着燃焼積分値Ｓｂ、接触燃焼積分値Ｓａ、及び、吸着ピーク積分値Ｓ、はこれらグラフの面積を求めたものである。なお、時間差吸着方式の詳細については、特許文献２等を参照されたい。
【００２９】
そして、本発明者らは、接触燃焼式ガスセンサの被毒による上記応答特性の変化に着目して、図１０に示すガス濃度検出装置８０１において、被毒程度（劣化度合）の異なる吸着燃焼式ガスセンサを適用して、濃度の異なる一種類の検出対象ガス（ここではトルエンを用いた）について、上述した時間差吸着方式における非吸着時間ａ１の時間を５ｍ秒〜５００ｍ秒の間で変化させたときの吸着ピーク積分値Ｓを測定した。
【００３０】
図１０のガス濃度検出装置８０１は、検出対象ガスと感応する感応素子８１１及び検出対象ガスと感応しない補償素子８１２を備える吸着燃焼式ガスセンサ８１５と、感応素子８１１及び該感応素子８１１と直列に接続された固定抵抗器８１４からなるセンサ回路部８１０、並びに、センサ回路部８１０と並列接続されるとともに、補償素子８１２及び該補償素子８１２と直列接続された固定抵抗器８１３からなるレファレンス回路部８２０、で構成されたブリッジ回路８０２と、感応素子８１１の温度が検出対象ガスを吸着する低温となる低温駆動電圧、及び、感応素子８１１の温度が感応素子８１１に吸着した検出対象ガスを燃焼させる高温となる高温駆動電圧、をブリッジ回路８０２に順次供給する電圧供給源８０５と、感応素子８１１及び固定抵抗器８１４間に生じる第１電圧Ｖ１と補償素子８１２及び固定抵抗器８１３間に生じる第２電圧Ｖ２とが入力されるように、センサ回路部８１０の中点とレファレンス回路部８２０の中点とに接続されて、これら第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差Ｖｃ（即ち、吸着燃焼式ガスセンサの出力）を所定の増幅率で増幅する計装アンプ８０６と、計装アンプ８０６で増幅された上記出力をアナログ値からデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ８０７と、Ａ／Ｄコンバータ８０７によってデジタル値に変換された上記出力の積分値を算出して、該積分値に基づいて検出対象ガスの濃度を検出する周知のマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）８６０と、を備えている。ブリッジ回路８０２は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において高温駆動電圧を供給されたときに、各素子の温度変化が収束した定常状態で平衡（即ち、電位差Ｖｃが０）となるように、固定抵抗器８１３、８１４の抵抗値が定められている。吸着燃焼式ガスセンサ８１５として、使用期間が１月の吸着燃焼式ガスセンサ（以下、ガスセンサＰという）と、このガスセンサＰをさらに５ヶ月使用して、使用期間を６月とした吸着燃焼式ガスセンサ（以下、ガスセンサＱという）と、を用いている。ガスセンサＰは、ほぼ未使用で被毒量が少ない吸着燃焼式ガスセンサである。ガスセンサＱは、被毒量が多い吸着燃焼式ガスセンサである。
【００３１】
図１１に、図１０のガス濃度検出装置８０１を用いて測定した、非吸着時間ａ１に対する吸着ピーク積分値Ｓのグラフを示す。このグラフによれば、各グラフは、非吸着時間ａ１が２０ｍ秒付近でピークとなり、その後、なだらかに低下して一定の値に収束する傾向にある。また、被毒量が少ない吸着燃焼式ガスセンサ（ガスセンサＰ）と、被毒量が多い吸着燃焼式ガスセンサ（ガスセンサＱ）とでは、同一濃度の検出対象ガスに対する吸着ピーク積分値Ｓが大きくずれている。
【００３２】
そして、図１１の各グラフを、２０ｍ秒のときの値が０になるようにオフセットして並べ直したときのグラフを図１２に示す。なお、図１２には、図１１に含まれていないグラフ（濃度０．３ｐｐｍ、１．３ｐｐｍ）を含めている。このグラフから、２０ｍ秒〜１００ｍ秒の間において、検出対象ガスの濃度にかかわらず、ガスセンサＰのグラフの傾きが、それぞれほぼ同一となり、同様に、ガスセンサＱのグラフの傾きも、それぞれほぼ同一となることが判明した。また、被毒量の多いガスセンサＱのグラフの傾きの絶対値は、被毒量が少ないガスセンサＰのグラフの傾きの絶対値より大きくなることが判明した。これら判明した結果について、以下に説明する。
【００３３】
図１３（ａ）は、被毒量が少ないガスセンサＰにおいて、非吸着時間ａ１を比較的長いａ１TLとしたときの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びにガスセンサＰの出力を模式的に示した図であり、図１３（ｂ）は、被毒量が多いガスセンサＱにおいて、非吸着時間ａ１をａ１TLとしたときの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びにガスセンサＱの出力を模式的に示した図である。また、図１４（ａ）は、被毒量が少ないガスセンサＰにおいて、非吸着時間ａ１を比較的短いａ１TSとしたときの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びにガスセンサＰの出力を模式的に示した図であり、図１４（ｂ）は、被毒量が多いガスセンサＱにおいて、非吸着時間ａ１をａ１TSとしたときの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びにガスセンサＱの出力を模式的に示した図である。吸着燃焼式ガスセンサの出力を決定する白金コイル（白金ヒータ）の抵抗値は温度に応じて変化するので、これら温度変化波形は、接触燃焼式ガスセンサの感応素子及び補償素子の出力の変化とみなすことができる。なお、図１３、図１４では、検出対象ガスの濃度がゼロであり、補償素子の熱容量が、感応素子の熱容量より大きい場合について示している。
【００３４】
図１３（ａ）において、ガスセンサＰにおける吸着燃焼積分値をＳｂ（Ｐ）TL、接触燃焼積分値をＳａ（Ｐ）TL、とすると、吸着ピーク積分値Ｓ（Ｐ）TLは次の式によって求められる。
Ｓ（Ｐ）TL＝Ｓｂ（Ｐ）TL−Ｓａ（Ｐ）TL・・・（１）
【００３５】
同様に、図１４（ａ）において、ガスセンサＰにおける吸着燃焼積分値をＳｂ（Ｐ）TS、接触燃焼積分値をＳａ（Ｐ）TS、とすると、吸着ピーク積分値Ｓ（Ｐ）TSは次の式によって求められる。
Ｓ（Ｐ）TS＝Ｓｂ（Ｐ）TS−Ｓａ（Ｐ）TS・・・（２）
【００３６】
そして、これらからガスセンサＰにおける非吸着時間に対する吸着ピーク積分値Ｓ（Ｐ）の傾きＫ（Ｐ）を求めると
Ｋ（Ｐ）＝（Ｓ（Ｐ）TL−Ｓ（Ｐ）TS）／（ａ１TL−ａ１TS）
＝（（Ｓｂ（Ｐ）TL−Ｓａ（Ｐ）TL）−（Ｓｂ（Ｐ）TS−Ｓａ（Ｐ）TS））
／（ａ１TL−ａ１TS）・・・（３）
ここで、図１３（ａ）、図１４（ａ）において、それぞれの吸着時間ｂ１及び燃焼時間Ｂ１の波形は同一であり、つまり、それぞれの吸着燃焼積分値は同一（Ｓｂ（Ｐ）TL＝Ｓｂ（Ｐ）TS）である。これにより、上記Ｋ（Ｐ）は、以下の式で表される。
Ｋ（Ｐ）＝（−Ｓａ（Ｐ）TL＋Ｓａ（Ｐ）TS）／（ａ１TL−ａ１TS）・・・（４）
【００３７】
また、同様にして、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）から、ガスセンサＱにおける非吸着時間に対する吸着ピーク積分値Ｓ（Ｑ）の傾きＫ（Ｑ）は、以下の式で表される。
Ｋ（Ｑ）＝（−Ｓａ（Ｑ）TL＋Ｓａ（Ｑ）TS）／（ａ１TL−ａ１TS）・・・（５）
【００３８】
これら式（４）、式（５）から、傾きＫ（Ｐ）及び傾きＫ（Ｑ）は、非吸着時間に対する接触燃焼積分値の変化として表される。
【００３９】
吸着燃焼式ガスセンサの感応素子は、非吸着時間ａ１を長くしたとき（ａ１＝ａ１TL）、被毒量にかかわらず、燃焼時間Ｂ１において高温にされた感応素子の温度が、該非吸着時間ａ１内で、高温から低温に下がりきることができる（図１３（ａ）、（ｂ））。
【００４０】
その一方で、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子は、非吸着時間ａ１を短くしたとき（ａ１＝ａ１TS）、被毒量が少なければ熱容量が小さいので、燃焼時間Ｂ１において高温にされた感応素子の温度が、該非吸着時間ａ１内で高温から低温に下がりきることができる（図１４（ａ））が、被毒量が多いと熱容量が大きくなるので、燃焼時間Ｂ１において高温にされた感応素子の温度が、該非吸着時間ａ１内で高温から低温まで下がりきることができず、そのため、続く燃焼時間Ａ１において、低温より高い温度から加熱が始まって、より早く高温に到達してしまい、これにより、接触燃焼積分値Ｓａが、非吸着時間ａ１を長くしたときに比べて大きく変化する（図１４（ｂ））。つまり、非吸着時間ａ１を短くすると、被毒量に応じて接触燃焼積分値Ｓａが変化する。
【００４１】
上記より、被毒量の少ないガスセンサＰでは、非吸着時間ａ１を短くしても、接触燃焼積分値Ｓａは変化しない又は変化が小さいが、被毒量の多いガスセンサＱでは、非吸着時間ａ１を短くすると、接触燃焼積分値Ｓａが大きく変化する。このことから、被毒量の多いガスセンサＱのグラフの傾きＫ（Ｑ）の絶対値が、被毒量が少ないガスセンサＰのグラフの傾きＫ（Ｐ）の絶対値より大きくなる。
【００４２】
また、上記式（４）、式（５）から、傾きＫ（Ｐ）、Ｋ（Ｑ）は、非吸着時間ａ１が長いとき（ａ１＝ａ１TL）の接触燃焼積分値ＳａTLと、非吸着時間ａ１が短いとき（ａ１＝ａ１TS）の接触燃焼積分値ＳａTSと、用いて算出される。ここで、接触燃焼積分値ＳａTLと接触燃焼積分値ＳａTSとにそれぞれ含まれる、検出対象ガスの濃度に応じた接触燃焼に係る出力の積分値は同じであるので、これら接触燃焼積分値ＳａTLと接触燃焼積分値ＳａTSとの差分を用いることにより、濃度に応じた接触燃焼に係る出力を相殺でき、被毒量に応じた出力のみ得ることができる。このことから、検出対象ガスの濃度にかかわらず、ガスセンサＰのグラフの傾きがそれぞれほぼ同一となり、同様に、ガスセンサＱのグラフの傾きもそれぞれほぼ同一となり、即ち、非吸着時間ａ１に対する吸着ピーク積分値Ｓのグラフの傾きは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、被毒量に応じて一定の値となる。
【００４３】
また、同様に、これら接触燃焼積分値ＳａTLと接触燃焼積分値ＳａTSとの差分を用いることにより、環境温度、環境湿度、又は、雰囲気の流動（外風）等の環境条件の変化などの影響を相殺でき、被毒量を正確に把握することができる。なお、上記は吸着燃焼式ガスセンサについて検討したものであるが、主に接触燃焼動作に係るものであるので、非吸着動作の接触燃焼式ガスセンサについても上記と同様である。また、感応素子のみからなる接触燃焼式ガスセンサについても上記と同様である。また、上記はトルエンを用いて検証を行ったものであるが、他のガス種についても原理的には上記と同様である。
【００４４】
以上より、検出対象ガスの濃度及び環境条件の変化にかかわらず、非吸着時間に対する吸着ピーク積分値Ｓ（接触燃焼積分値Ｓａ）のグラフの所定範囲における傾きから、接触燃焼式ガスセンサの感応素子における被毒量（即ち、劣化度合）が正確に得ることができる。
【００４５】
次に、本発明に係るガス検出装置の一実施形態としてのガス濃度検出装置を、図２〜図５を参照して説明する。
【００４６】
ガス濃度検出装置１は、図２に示すように、ブリッジ回路２と、電圧供給源５と、計装アンプ６と、Ａ／Ｄコンバータ７と、マイクロコンピュータ６０と、図示しない気体収容室と、図示しない表示装置と、を備えている。
【００４７】
ブリッジ回路２は、第１固定抵抗器１３と、第２固定抵抗器１４と、吸着燃焼式ガスセンサとしてのガスセンサユニット１５と、を備えている。このガスセンサユニット１５は、感応素子１１と補償素子１２とを備えている。そして、第２固定抵抗器１４と感応素子１１とを互いに直列接続することでセンサ回路部１０を構成し、第１固定抵抗器１３と補償素子１２とを互いに直列接続することでレファレンス回路部２０を構成している。また、センサ回路部１０とレファレンス回路部２０とを互いに並列接続することでブリッジ回路２を構成している。ブリッジ回路２における第１固定抵抗器１３と第２固定抵抗器１４とを接続する信号線は、電圧供給源５に接続されている。ブリッジ回路２における感応素子１１と補償素子１２とを接続する信号線は接地点（ＧＮＤ）に接続されている。
【００４８】
ガスセンサユニット１５は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、所定厚さ（例えば、４００μｍ程度）のシリコン（Ｓｉ）ウェハ４１上に、所定厚さ（例えば、６００ｎｍ程度）の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜４８ｃ、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜４８ｂ、および所定厚さ（例えば、３０ｎｍ程度）の酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜４８ａの絶縁薄膜が順次成膜され、多層絶縁膜が形成されている。
【００４９】
この多層絶縁膜上に、感応素子１１として、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の第１のヒータとしての白金（Ｐｔ）ヒータ４２（即ち、白金コイル）が形成されていると共に、この白金ヒータ４２と熱的に接触するとともに、触媒物質として、例えば、検出対象ガスを吸着及び燃焼させるパラジウム（Ｐｄ）などの白金族を担持した酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる触媒層４３が所定厚さ（例えば、１〜４０μｍ程度）で形成されている。
【００５０】
また、多層絶縁膜上には、補償素子１２として、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の第２のヒータとしての白金（Ｐｔ）ヒータ４４（即ち、白金コイル）と、この白金ヒータ４４と熱的に接触する酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）のみからなる非触媒層４５が所定厚さ（例えば、１〜４０μｍ程度）で形成されている。
【００５１】
また、図３（Ｃ）に示すように、シリコンウェハ４１を異方性エッチングして、感応素子１１及び補償素子１２に対応する位置に凹部４６、４７を形成し、それにより、上述の各絶縁薄膜による薄膜ダイヤフラムＤｓおよびＤｒが形成されている。
【００５２】
感応素子１１及び補償素子１２は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、後述する電圧供給源５によって低温駆動電圧及び高温駆動電圧が供給されたのちにそれらの温度変化が収束した定常状態では、感応素子１１の白金ヒータ４２と補償素子１２の白金ヒータ４４とが同一の抵抗値となるように形成されている。
【００５３】
また、感応素子１１は触媒層４３を備えているとともに、補償素子１２は非触媒層４５を備えている（即ち、触媒を備えていない）ので、電圧供給源５によってブリッジ回路２（センサ回路部１０及びレファレンス回路部２０）に所定の低温駆動電圧が供給されると、感応素子１１では検出対象ガスが触媒層４３に吸着され、その一方で、補償素子１２では検出対象ガスが非触媒層４５に吸着されず、そして、電圧供給源５によってブリッジ回路２に所定の高温駆動電圧が供給されると、感応素子１１では触媒により検出対象ガスが燃焼し、その一方で、補償素子１２では検出対象ガスが燃焼しない。即ち、感応素子１１は検出対象ガスと感応し、補償素子１２は検出対象ガスと感応しない。
【００５４】
このため、感応素子１１及び補償素子１２は、検出対象ガスを含む雰囲気中において、電圧供給源５によって低温駆動電圧が供給されたのちに高温駆動電圧が供給されると、感応素子１１に吸着した検出対象ガスが爆発的に燃焼する。すると、この燃焼エネルギーにより感応素子１１の温度が補償素子１２の温度より高くなり、感応素子１１と補償素子１２とのそれぞれに検出対象ガスの濃度に応じた温度差が生じて、この温度差によって感応素子１１の白金ヒータ４２と補償素子１２の白金ヒータ４４との抵抗値に差が生じる。そして、この抵抗値の差が、第２固定抵抗器１４及び感応素子１１間（即ち、センサ回路部１０の中点）と第１固定抵抗器１３及び補償素子１２間（即ち、レファレンス回路部２０の中点）との間、つまり、ブリッジ回路２における一対の中点間に、電位差として現れる。この一対の中点間の電位差を「中点電位差Ｖｃ」といい、この中点電位差Ｖｃに基づいてガス濃度が検出される。この中点電位差Ｖｃが、ガスセンサユニット１５の出力となる。
【００５５】
ガスセンサユニット１５は、図示しない気体収容室内に設置されている。この気体収容室には、検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気（被検ガス）が、後述するマイクロコンピュータ６０の制御によって充填される。
【００５６】
第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、予め定められた固定値の電気抵抗を生じる周知の電子部品である。第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、複数の固定抵抗器を直列、並列、または、直列及び並列に組み合わせて構成してもよく、或いは、ガス濃度測定時に抵抗値を固定して用いるものであれば、例えば、平衡調整のためなどに抵抗値を変更できる、可変抵抗器であってもよい。第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、これら第１固定抵抗器１３、第２固定抵抗器１４及びガスセンサユニット１５で構成されたブリッジ回路２に電圧供給源５によって高温駆動電圧が供給されたときに、感応素子１１の温度及び補償素子１２の温度の変化が収束した定常状態で平衡となるように、即ち、一対の中点間に生じる中点電位差Ｖｃが０となるように、それぞれの抵抗値が定められている。本実施形態においては、第１固定抵抗器１３の抵抗値が２００Ω、第２固定抵抗器１４の抵抗値が２００Ωに設定されている。
【００５７】
感応素子１１の抵抗値をＲｓ、補償素子１２の抵抗値をＲｒ、第１固定抵抗器１３の抵抗値をＲ１、第２固定抵抗器１４の抵抗値をＲ２、ブリッジ回路２への供給電圧をＶｂｒｇ、とすると、上記中点電位差Ｖｃは、以下の式（６）で表される。
【００５８】
Ｖｃ＝（（Ｒｓ／（Ｒ２＋Ｒｓ））−（Ｒｒ／（Ｒ１＋Ｒｒ）））×Ｖｂｒｇ・・（６）
【００５９】
電圧供給源５は、ブリッジ回路２に所定の電圧を供給する電圧供給回路である。電圧供給源５は、後述するＭＰＵ６０に接続されるとともに、該ＭＰＵ６０からの電圧制御信号に応じて、感応素子１１の温度が検出対象ガスを吸着する低温（例えば、２００度）となる低温駆動電圧、及び、感応素子１１の温度が感応素子１１に吸着した検出対象ガスを燃焼させる高温（例えば、４００度）となる高温駆動電圧、などのパルス状の供給電圧Ｖｂｒｇをブリッジ回路２に供給する。即ち、低温駆動制御として上記低温駆動電圧を供給し、高温駆動制御として上記高温駆動電圧を供給する。また、本実施形態では、電圧供給源によって電圧を供給して、接触燃焼式ガスセンサとしてのガスセンサユニット１５を駆動するものであるが、これに限らず、例えば、電流源などによって感応素子の温度が低温又は高温になるような電流を通電して、ガスセンサユニット１５を駆動するものであってもよい。
【００６０】
計装アンプ６は、差動入力・シングルエンド出力の平衡入力アンプであり、同相信号除去比（ＣＭＲＲ）を大きくとれるという特徴を有する周知の増幅器である。計装アンプ６は、それぞれ高インピーダンスの一対の差動入力端子に入力された信号の電位差を、所定の増幅率で増幅して出力する。計装アンプ６の差動入力端子の一方（Ｖ＋）には、センサ回路部１０の第２固定抵抗器１４及び感応素子１１間（中点）の信号線が接続されており、他方（Ｖ−）には、レファレンス回路部２０の第１固定抵抗器１３及び補償素子１２間（中点）の信号線が接続されている。つまり、計装アンプ６は、センサ回路部１０の中点の電位（以下、「第１電圧Ｖ１」という）と、レファレンス回路部２０の中点の電位（以下、「第２電圧Ｖ２」という）と、が入力されて、これら第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の電位差（即ち、中点電位差Ｖｃ）を、所定の増幅率で増幅して出力端子から出力する。
【００６１】
Ａ／Ｄコンバータ７は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する周知のアナログ−デジタル変換器である。Ａ／Ｄコンバータ７の入力部には、計装アンプ６において増幅された中点電位差Ｖｃが入力される。また、Ａ／Ｄコンバータ７の出力部は、ＭＰＵ６０に接続されており、デジタル信号に変換された中点電位差ＶｃがＭＰＵ６０に向けて出力される。
【００６２】
マイクロコンピュータ（ＭＰＵ）６０は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）６１、ＣＰＵ６１のためのプログラムや各種パラメータを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ６２、各種データを格納するとともにＣＰＵ６１の処理作業に必要な領域を有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ６３、及び、電力供給が断たれた場合でも、格納された各種データの保持が可能であり、ＣＰＵ６１の処理作業に必要な各種格納エリアを有するＥＥＰＲＯＭ６４等を備えている。
【００６３】
ＲＯＭ６２には、ＣＰＵ６１を、駆動制御手段、出力測定手段、傾き算出手段、故障通知手段、出力補正手段等の各種手段として機能させるプログラムが予め記憶されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に格納された各種プログラムを実行することにより、駆動制御手段、出力測定手段、傾き算出手段、故障通知手段、出力補正手段等の各種手段として機能する。
【００６４】
ＲＡＭ６３には、吸着ピーク積分値算出回数ｎ、吸着燃焼積分値Ｓｂ、接触燃焼積分値ＳａTS、接触燃焼積分値ＳａTL、吸着ピーク積分値ＳTS、吸着ピーク積分値ＳTLなどを格納する領域が設けられている。ＥＥＰＲＯＭ６４には、吸着時間ｂ１、燃焼時間Ｂ１、非吸着時間ａ１TS、非吸着時間ａ１TL（ａ１TS＜ａ１TL）、燃焼時間Ａ１（Ａ１＝Ｂ１）、故障判定値Ｆ、補正情報Ｊ、濃度情報Ｄ、サンプリング間隔時間、低温駆動電圧値、高温駆動電圧値など、が予め記憶されている。ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶された上記各種データは、検出対象ガスの種類などに応じて適宜書き換えられる。なお、ＥＥＰＲＯＭ６４は、請求項中の補正情報記憶手段に相当する。
【００６５】
ＭＰＵ６０は、図示しない入出力ポートや各種インタフェース機能を備えた外部接続部をさらに備えている。ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、Ａ／Ｄコンバータ７及び電圧供給源５と接続されている。ＭＰＵ６０は、Ａ／Ｄコンバータ７からデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを受信して、この中点電位差Ｖｃに基づいて、ガス濃度を検出する。ＭＰＵ６０は、処理に応じて、例えば、所定の低温駆動時間（吸着時間ｂ１、非吸着時間ａ１TS、ａ１TL）にわたって低温駆動電圧を供給（即ち、低温駆動制御）した後、所定の高温駆動時間（燃焼時間Ｂ１、燃焼時間Ａ１）にわたって高温駆動電圧を供給（即ち、高温駆動制御）するように、電圧供給源５に向けて電圧制御信号を送信する。
【００６６】
また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、図示しない表示装置に接続されており、例えば、検出した検出対象ガスの濃度に関する情報を含む表示制御信号を、該表示装置に向けて送信する。また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、ガスセンサユニット１５の故障情報を含む表示制御信号を、該表示装置に向けて送信する。そして、表示装置は、この表示制御信号に応じた情報、即ち、検出対象ガスの濃度、又は、ガスセンサユニット１５の故障通知メッセージ、などを表示する。また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、ポンプなどを備えた気体収容室に接続されており、処理に応じて各種気体を該気体収容室に充填する。
【００６７】
次に、上述したＣＰＵ６１が実行する本発明に係る処理（ガス濃度検出処理）の一例を、図４に示すフローチャートを参照して、以下に説明する。
【００６８】
ガス濃度検出装置１に電源が投入されると、ＣＰＵ６１は、気体収容室内に検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気（被検ガス）を充填した後、その処理をステップＳ１１０に進める。
【００６９】
ステップＳ１１０では、ＲＡＭ６３上に設けられた各種変数を初期化する（吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０、吸着燃焼積分値Ｓｂ＝０、接触燃焼積分値ＳａTS＝０、接触燃焼積分値ＳａTL＝０）。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００７０】
ステップＳ１２０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に低温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１３０に進む。
【００７１】
ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された吸着時間ｂ１（例えば、６０秒）が経過するまで待ち（Ｓ１３０でＮ）、そして、吸着時間ｂ１が経過した後、ステップＳ１４０に進む（Ｓ１３０でＹ）。
【００７２】
ステップＳ１４０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に、高温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１５０に進む。
【００７３】
ステップＳ１５０では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを取得して、この中点電位差ＶｃをＲＡＭ６３上に設けた吸着燃焼積分値Ｓｂに積算する。その後、所定のサンプリング間隔時間（例えば、１ｍ秒）が経過するまで待つ。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＳ１６０に進む。
【００７４】
ステップＳ１６０では、ステップＳ１４０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された燃焼時間Ｂ１（例えば、４００ｍ秒）が経過するまで、ステップＳ１５０での吸着燃焼積分値Ｓｂの積算を繰り返し（Ｓ１６０でＮ）、そして、燃焼時間Ｂ１が経過した後、ステップＳ１７０に進む（Ｓ１６０でＹ）。
【００７５】
以下、ステップＳ１７０〜Ｓ２３０までのループ処理において、１回目のループ処理で、非吸着時間ａ１が短い（ａ１TS）ときの接触燃焼積分値ＳａTS及び吸着ピーク積分値ＳTSを算出し、２回目のループ処理で、非吸着時間が長い（ａ１TL）ときの接触燃焼積分値ＳａTL及び吸着ピーク積分値ＳTLを算出する。ステップＳ１８０、Ｓ２００、Ｓ２１０、及び、Ｓ２２０では、ループ処理回数、即ち、吸着ピーク積分値算出回数ｎに応じた処理が行われる。
【００７６】
ステップＳ１７０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に低温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１８０に進む。
【００７７】
吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０（１回目のループ処理）のとき、ステップＳ１８０では、ステップＳ１７０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された非吸着時間ａ１TS（例えば、２０ｍ秒）が経過するまで待ち（Ｓ１８０でＮ）、そして、非吸着時間ａ１TSが経過した後、ステップＳ１９０に進む（Ｓ１８０でＹ）。吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝１（２回目のループ処理）のとき、ステップＳ１８０では、ステップＳ１７０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された非吸着時間ａ１TL（例えば、１００ｍ秒）が経過するまで待ち（Ｓ１８０でＮ）、そして、非吸着時間ａ１TLが経過した後、ステップＳ１８０に進む（Ｓ１８０でＹ）。なお、非吸着時間ａ１TS、及び、非吸着時間ａ１TLの値は、ガス検出装置の構成や検出対象ガスの種類などに応じて、ガス濃度にかかわらず感応素子１１の被毒量について傾きＫ（後述）が一定となる所定の範囲内になるように適宜定められる。
【００７８】
ステップＳ１９０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に、高温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ２００に進む。
【００７９】
吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０（１回目のループ処理）のとき、ステップＳ２００では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを取得して、この中点電位差ＶｃをＲＡＭ６３上に設けた接触燃焼積分値ＳａTSに積算する。その後、所定のサンプリング間隔時間（例えば、１ｍ秒）が経過するまで待つ。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＴ２１０に進む。吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝１（２回目のループ処理）のとき、ステップＳ２００では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを取得して、この中点電位差ＶｃをＲＡＭ６３上に設けた接触燃焼積分値ＳａTLに積算する。その後、所定のサンプリング間隔時間（例えば、１ｍ秒）が経過するまで待つ。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＴ２１０に進む。
【００８０】
吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０（１回目のループ処理）のとき、ステップＳ２１０では、ステップＳ１９０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された燃焼時間Ａ１（例えば、４００ｍ秒）が経過するまで、ステップＳ２００での接触燃焼積分値ＳａTSの積算を繰り返し（Ｓ２１０でＮ）、そして、燃焼時間Ａ１が経過した後、ステップＳ２２０に進む（Ｓ２１０でＹ）。吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝１（２回目のループ処理）のとき、ステップＳ２１０では、ステップＳ１９０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された燃焼時間Ａ１（例えば、４００ｍ秒）が経過するまで、ステップＳ２００での接触燃焼積分値ＳａTLの積算を繰り返し（Ｓ２１０でＮ）、そして、燃焼時間Ａ１が経過した後、ステップＳ２２０に進む（Ｓ２１０でＹ）。
【００８１】
吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０（１回目のループ処理）のとき、ステップＳ２２０では、吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値ＳａTSを差し引いた値をＲＡＭ６３上に設けた吸着ピーク積分値ＳTSに格納する。そして、吸着ピーク積分値算出回数ｎを１増加した後、ステップＳ２３０に進む。吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝１（２回目のループ処理）のとき、ステップＳ２２０では、吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値ＳａTLを差し引いた値をＲＡＭ６３上に設けた吸着ピーク積分値ＳTLに格納する。そして、吸着ピーク積分値算出回数ｎを１増加した後、ステップＳ２３０に進む。
【００８２】
ステップＳ２３０では、吸着ピーク積分値算出回数ｎが２でないとき、ステップＳ１７０に戻り、接触燃焼積分値Ｓａ及び吸着燃焼積分値Ｓｂの算出処理を再度行い（Ｓ２３０でＮ）、吸着ピーク積分値算出回数ｎが２のとき、ステップＳ２４０に進む（Ｓ２３０でＹ）。
【００８３】
ステップＳ２４０では、非吸着時間ａ１に対する吸着ピーク積分値Ｓの傾きＫ（即ち、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫ）を算出する。具体的には、吸着ピーク積分値ＳTSから吸着ピーク積分値ＳTLを差し引いた差分値（実質的には、接触燃焼積分値ＳａTSから接触燃焼積分値ＳａTLを差し引いた差分値）を傾きＫとしている。数学的には、傾きＫは、吸着ピーク積分値ＳTSから吸着ピーク積分値ＳTLを差し引いた差分値ΔＳを、非吸着時間ａ１TSから非吸着時間ａ１TLを差し引いた差分値Δａ１で除して算出する必要があるが、傾きは単位時間当たりの変化量であるので、差分値Δａ１を単位時間として、後述する故障判定値Ｆ及び補正情報Ｊにおいてもこの差分値Δａ１を単位時間とすることで、ΔＳを傾きＫとみなすことができる。もちろん、ΔＳをΔａ１で除した値を傾きとして用いてもよい。そして、ステップＳ２５０に進む。
【００８４】
ステップＳ２５０では、ステップＳ２４０で算出した傾きＫと、予め設定された故障判定値Ｆとを比較して、傾きＫが故障判定値Ｆ以上のとき（即ち、故障条件を満足するとき）、ガスセンサユニット１５に故障が生じたものとしてステップＳ２６０に進み（Ｓ２５０でＹ）、傾きＫが故障判定値Ｆ未満のとき、吸着燃焼式ガスセンサは故障がなく正常なものとしてステップＳ２７０に進む（Ｓ２５０でＮ）。
【００８５】
ステップＳ２６０では、ガスセンサユニット１５に故障が生じたことを示す故障情報を含む表示制御信号を生成して、表示装置に対して送信する。そして、本フローチャートを終了する。
【００８６】
ステップＳ２７０では、吸着ピーク積分値ＳTL（即ち、ガスセンサユニット１５の出力）を補正する。具体的には、ＥＥＰＲＯＭ６４には、例えば、予備測定やシミュレーションなどによって予め取得された、傾きＫと吸着ピーク積分値ＳTLの補正量Ｈとの関係についての変換テーブルである、補正情報Ｊが格納されており、この補正情報ＪにステップＳ２４０で算出した傾きＫを当てはめて得た補正量Ｈを、吸着ピーク積分値ＳTLに加算する。または、補正情報Ｊを、傾きＫに対する吸着ピーク積分値ＳTLの補正係数Ｉとし、この補正係数Ｉを、吸着ピーク積分値ＳTLに乗じる等して補正してもよい。そして、ステップＳ２８０に進む。
【００８７】
ステップＳ２８０では、ステップＳ２７０で補正した吸着ピーク積分値ＳTLを、ＥＥＰＲＯＭ６４上に予め格納された、予備測定やシミュレーションなどによって取得された吸着ピーク積分値ＳTLとガス濃度の関係についての変換テーブルである濃度情報Ｄに当てはめて、被検ガス中の検出対象ガスのガス濃度を求め、このガス濃度についての情報を含む表示制御信号を生成して、表示装置に対して送信する。そして、本フローチャートの処理を終了する。
【００８８】
上述したステップＳ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２１０が、請求項中の駆動制御手段に相当し、ステップＳ２００が、請求項中の出力測定手段に相当し、ステップＳ２４０が、請求項中の傾き算出手段に相当し、ステップＳ２５０、Ｓ２６０が、故障通知手段に相当し、ステップＳ２７０が、請求項中の出力補正手段に相当する。
【００８９】
次に、上述したガス濃度検出装置１における本発明に係る動作（作用）について説明する。
【００９０】
ガス濃度検出装置１は、気体収容室内に被検ガスを充填した後、各種変数を初期化する（Ｓ１１０）。そして、ガスセンサユニット１５に対して、吸着時間ｂ１にわたって低温駆動制御を行い（Ｓ１２０、Ｓ１３０）、続いて、燃焼時間Ｂ１にわたって高温駆動制御を行う（Ｓ１４０、Ｓ１６０）。このとき、燃焼時間Ｂ１におけるガスセンサユニット１５の出力を取得して吸着燃焼積分値Ｓｂを算出する（Ｓ１５０）。
【００９１】
そして、ガスセンサユニット１５に対して、比較的短い非吸着時間ａ１TSにわたって低温駆動制御を行い（Ｓ１７０、Ｓ１８０）、続いて、燃焼時間Ａ１にわたって高温駆動制御を行う（Ｓ１９０、Ｓ２１０）。このとき、燃焼時間Ａ１におけるガスセンサユニット１５の出力を取得して接触燃焼積分値ＳａTSを算出する（Ｓ２００）。そして、吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値ＳａTSを差し引いて、吸着ピーク積分値ＳTSを算出する（Ｓ２２０）。
【００９２】
そして、上記吸着ピーク積分値ＳTSの算出に続いて、ガスセンサユニット１５に対して、比較的長い非吸着時間ａ１TLにわたって低温駆動制御を行い（Ｓ１７０、Ｓ１８０）、続いて、燃焼時間Ａ１にわたって高温駆動制御を行う（Ｓ１９０、Ｓ２１０）。このとき、燃焼時間Ａ１におけるガスセンサユニット１５の出力を取得して接触燃焼積分値ＳａTLを算出する（Ｓ２００）。そして、吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値ＳａTLを差し引いて、吸着ピーク積分値ＳTLを算出する（Ｓ２２０）。
【００９３】
そして、上記算出した吸着ピーク積分値ＳTSと吸着ピーク積分値ＳTLと（即ち、接触燃焼積分値ＳａTSと接触燃焼積分値ＳａTLと）から傾きＫを算出する（Ｓ２４０）。そして、この傾きＫに基づいて、ガスセンサユニット１５の故障の有無を判定し、故障ありと判定すると（Ｓ２５０でＹ）、表示装置に故障の旨を表示し（Ｓ２６０）、故障なしと判定すると（Ｓ２５０でＮ）、吸着ピーク積分値ＳTLを補正したのち（Ｓ２７０）、この補正した吸着ピーク積分値ＳTLに基づいて、ガス濃度を求めて、表示装置に出力する（Ｓ２８０）。このようにして、ガス濃度検出装置１におけるガス濃度検出が行われる。図５に、上記ガス濃度検出処理でのガスセンサユニット１５の駆動制御のイメージを示す。つまり、本実施形態では、非吸着時間ａ１にわたる低温駆動制御及び該低温駆動制御に続き燃焼時間Ａ１にわたる高温駆動制御からなる一連の駆動制御を、非吸着時間ａ１が互いに異なるように順次変更しながら連続して２回行う。
【００９４】
以上より、本実施形態によれば、感応素子１１の温度が前記高温にされた後のガスセンサユニット１５に対して、感応素子１１の温度を互いに異なる複数の非吸着時間ａ１TS、ａ１TLから選択された１つの非吸着時間ａ１にわたり前記低温にして、続いて、感応素子１１の温度を燃焼時間Ａ１にわたり前記高温にする。そして、このときの感応素子１１の温度が高温にされる毎に接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTL（即ち、ガスセンサユニット１５の出力）を測定する。そして、互いに異なる非吸着時間ａ１TS、ａ１TLが選択されたそれぞれの場合において測定された複数の接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLから、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出する。
【００９５】
この傾きＫは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、感応素子１１の被毒量、即ち、劣化度合に応じて一定の値になるとともに、劣化度合に応じて絶対値が大きくなるものである。また、この傾きＫは、２つの接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLの差分をとることで算出されるが、これら２つの接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLは短い時間間隔（数ｍ秒〜数百ｍ秒）で測定されるものであり、そして、これら２つの接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLの差分をとることで、環境条件に係る接触燃焼積分値を相殺して、感応素子１１の劣化度合に係る接触燃焼積分値のみを取り出すことができる。
【００９６】
また、感応素子１１の温度を低温にした後高温にする一連の動作（駆動制御）を、非吸着時間ａ１が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行う。
【００９７】
また、非吸着時間ａ１の長さを、感応素子１１に検出対象ガスが吸着しない長さ（非吸着時間ａ１TS、ａ１TL）にして、この非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出する。
【００９８】
また、ガスセンサユニット１５における非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫと吸着ピーク積分値ＳTLの補正量Ｈ（即ち、出力補正量）との関係を示す補正情報Ｊが予め記憶されており、この補正情報Ｊと算出された傾きＫとに基づいて、吸着ピーク積分値ＳTL（即ち、ガスセンサユニット１５の出力）を補正する。
【００９９】
また、算出された傾きＫが予め定められた故障条件を満たすとき、ガスセンサユニット１５の故障を通知する。
【０１００】
以上より、本発明によれば、感応素子１１の温度が前記高温にされた後のガスセンサユニット１５に対して、感応素子１１の温度を互いに異なる複数の非吸着時間ａ１TS、ａ１TLから選択された１つの非吸着時間ａ１にわたり前記低温にして、続いて、感応素子１１の温度を燃焼時間Ａ１にわたり前記高温にして、そして、このとき感応素子１１の温度が高温にされる毎に接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTL（即ち、ガスセンサユニット１５の出力）を測定して、そして、互いに異なる非吸着時間ａ１TS、ａ１TLが選択されたそれぞれの場合において測定された複数の接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLから、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出するので、この傾きＫは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、感応素子１１の被毒量、即ち、劣化度合に応じて一定の値になるとともに、劣化度合に応じて絶対値が大きくなるものであり、また、環境条件に係る接触燃焼積分値分を含まず且つ感応素子１１の劣化度合に係る接触燃焼積分値分のみを含むものであり、そのため、この傾きＫを、感応素子１１の劣化度合を示す指標として用いることで、検出対象ガスの濃度にかかわらず、該劣化度合を正確に把握することができる。また、標準ガスを用いることなく劣化度合を把握することができるので、連続してガス検出ができる。
【０１０１】
また、感応素子１１の温度を低温にした後高温にする一連の動作を、非吸着時間ａ１が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行うので、互いに異なる非吸着時間ａ１TS、ａ１TLが選択されたそれぞれの場合において行われる接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLの測定の間隔を短くすることができ、そのため、環境条件の変化の影響をより受けにくくすることができる。
【０１０２】
また、非吸着時間ａ１を、感応素子１１に前記検出対象ガスが吸着しない長さ（非吸着時間ａ１TS、ａ１TL）にして、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出するので、吸着性を有する検出対象ガスを検出するガスセンサユニット１５の劣化度合を正確に把握することができる。
【０１０３】
また、ガスセンサユニット１５における傾きＫと吸着ピーク積分値ＳTLの補正量Ｈとの関係を示す補正情報Ｊが予め記憶されており、この補正情報Ｊと算出された傾きＫとに基づいて、吸着ピーク積分値ＳTLを補正するので、高精度なガス検出ができる。
【０１０４】
また、算出された傾きＫが予め定められた故障条件を満たすとき、ガスセンサユニット１５の故障を通知するので、ガスセンサユニット１５の故障を検出して、故障したガスセンサユニット１５が継続使用されることを防止できる。
【０１０５】
また、ガス濃度検出動作の都度、傾きＫを算出して、この算出した傾きＫを用いて吸着ピーク積分値ＳTLを補正するので、一定周期毎に傾きＫを算出するような構成に比べて、リアルタイムでガスセンサユニット１５の劣化度合を把握でき、より高精度なガス濃度検出ができる。
【０１０６】
本実施形態においては、２つの非吸着時間ａ１TS、非吸着時間ａ１TLについて、吸着ピーク積分値ＳTS、吸着ピーク積分値ＳTLを求め、これら傾きＫを算出するものであったが、これに限らず、３つ以上の互いに異なる複数の非吸着時間ａ１について、吸着ピーク積分値Ｓ（即ち、接触燃焼積分値Ｓａ）を求め、最小二乗法などを用いてこれらの傾きＫを算出するようにしてもよい。傾きＫの算出に用いる接触燃焼積分値Ｓａをより増やすことで、傾きＫの精度を向上させることができる。
【０１０７】
また、本実施形態においては、１つの吸着燃焼積分値Ｓｂを測定した後に、連続して２つの接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLを測定して、これらから２つの吸着ピーク積分値ＳTS、ＳTL、を算出して、これら２つの吸着ピーク積分値ＳTS、ＳTLから傾きＫを算出するものであったが、これに限られるものではない。例えば、図６に示す駆動制御を２回行い、１回目の駆動制御で、吸着燃焼積分値Ｓｂ１とそれに続く接触燃焼積分値Ｓａ１とを算出して、これらから吸着ピーク積分値Ｓ１を算出し、そして、２回目の駆動制御で、吸着燃焼積分値Ｓｂ２とそれに続く接触燃焼積分値Ｓａ２とを算出して、これらから吸着ピーク積分値Ｓ２を算出し、最後に、吸着ピーク積分値Ｓ１と吸着ピーク積分値Ｓ２とから傾きＫを算出するなど、感応素子１１の温度が前記高温にされた後に、前記接触燃焼式ガスセンサに、予め定められた互いに異なる複数の非吸着時間ａ１n（ｎ＝１、２、・・、ｋ、・・、ｌ、・・、ｎ；ｋ≠ｌ）中から選択される１つの低温駆動時間ａ１k、及び、低温駆動時間ａ１lにわたって低温駆動制御を行い、続いて、予め定められた燃焼時間Ａ１にわたって高温駆動制御を行い、そして、このとき高温駆動制御が行われる毎に、接触燃焼積分値Ｓａk、Ｓａlを測定して、そして、互いに異なる非吸着時間ａ１k、ａ１lが選択されたそれぞれの場合に測定した、複数の接触燃焼積分値Ｓａk、Ｓａlに基づいて、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出するものであれば、傾きＫの算出方法は任意である。この場合、接触燃焼積分値Ｓａk、及び、接触燃焼積分値Ｓａl、の算出間隔が短いほど、環境条件の変化の影響を防ぐことができる。
【０１０８】
また、本実施形態においては、傾きＫに基づいて故障を通知する機能（図４のフローチャートのステップＳ２５０、Ｓ２６０；故障通知手段）、及び、傾きＫに基づいて吸着ピーク積分値Ｓを補正する機能（図４のフローチャートのステップＳ２７０；出力補正手段）、を共に備えるものであったが、これに限らず、どちらか一方の機能のみ備えるものであってもよく、または、これら機能に代えて、傾きＫに基づいて、ガスセンサユニット１５の劣化度合を通知する機能などを備えるものであってもよい。
【０１０９】
また、本実施形態においては、算出した傾きＫに基づいて、ガスセンサユニット１５の出力としての吸着ピーク積分値ＳTLを補正するものであったが、これに限らず、算出した傾きＫに基づいて、吸着ピーク積分値ＳTSを補正してもよく、または、例えば、算出した傾きＫに基づいて、計装アンプ６の出力オフセット機能などによりハードウェア的にガスセンサユニット１５の出力を補正するなど、本発明の目的に反しない限り、その補正方法は任意である。
【０１１０】
また、本実施形態においては、補正情報ＪがＥＥＰＲＯＭ６４に記憶されているものであったが、これに限らず、例えば、ＲＯＭ６２や、外部記憶装置（外付ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ等）に記憶されるなど、本発明の目的に反しない限り、補正情報Ｊを記憶する記憶手段は任意である。
【０１１１】
また、本実施形態では、吸着燃焼式ガスセンサとしてのガスセンサユニット１５を備えるものであったが、これに限らず、非吸着燃焼を行う接触燃焼式ガスセンサを備えるものであってもよい。但し、この接触燃焼式ガスセンサの場合は、吸着燃焼しないので、吸着燃焼積分値Ｓｂは算出せずに上記接触燃焼積分値Ｓａのみ算出して、この接触燃焼積分値Ｓａから傾きＫを算出するようにする。
【０１１２】
また、本実施形態は検出対象ガスの濃度を検出するものであったが、これに限らず、本発明は、成分不明の被検ガスに含まれるガスの種別を検出するガス種別検出装置など、他の種類のガス検出装置に適用してもよい。
【０１１３】
なお、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。
【符号の説明】
【０１１４】
１ ガス濃度検出装置（ガス検出装置）
２ ブリッジ回路
５ 電圧供給源
６ 計装アンプ
１１ 感応素子
１２ 補償素子
１５ ガスセンサユニット（吸着燃焼式ガスセンサ、接触燃焼式ガスセンサ）
６０ ＭＰＵ
６１ ＣＰＵ（駆動制御手段、出力測定手段、傾き算出手段、出力補正手段）
６４ ＥＥＰＲＯＭ（補正情報記憶手段）
ａ１ 非吸着時間（低温駆動時間）
Ａ１ 燃焼時間（高温駆動時間）
ｂ１ 吸着時間
Ｂ１ 燃焼時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出対象ガスと感応する感応素子を備えた接触燃焼式ガスセンサを有するガス検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来知られている接触燃焼式ガスセンサは、例えば、感応素子と補償素子を有し、検出対象となるガスを感応素子の触媒作用により燃焼させ、この燃焼熱を白金コイル（即ち、白金ヒータ）の抵抗値変化として捉えるように構成されている。検出対象となるガスのうちトルエンや酢酸、エタノール等のように、極性が大きく吸着力の大きなガスは、低温駆動時に、ガス分子が感応素子の触媒表面に吸着し、高温駆動時に、吸着したガスが瞬時に燃焼すると共に接触燃焼反応も同時に起こるので、センサ出力は、短時間でピークに達しその後徐々に減少するピーク波形（山形波形）を生じる。一方、メタンや水素、一酸化炭素等の無極性または極性の小さいガスは、吸着力も小さいので上記のような現象は起こらず、センサ出力は、定常値で安定するまで徐々に増加していく。
【０００３】
このように、トルエン等の特定種類のガスにおいて固有のピーク波形を呈することを利用して、接触燃焼式ガスセンサを用いてガス濃度の検出やガス種の分別などのガス検出を行うことができる。このような特定種類のガスの吸着現象を利用する接触燃焼式ガスセンサは、吸着燃焼式ガスセンサとも呼ばれている。このような接触燃焼式ガスセンサ（吸着燃焼式ガスセンサを含む）は、ガス濃度検出装置やガス種別検出装置などの種々のガス検出装置において用いられている。
【０００４】
上述した接触燃焼式ガスセンサの感応素子は、検出対象ガスの燃焼する際に、その表面にカーボンやシリコンなどの被毒物質が付着するとともに経時的に堆積して、この付着量（即ち、被毒量）に応じてその出力が変化（即ち、経時変化）することが知られている。そして、このような経時変化を生じたセンサについて、濃度既知の標準ガスを供給してセンサ出力を校正する技術が、例えば、特許文献１などに開示されている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された技術では、校正に際して、該標準ガスの導入のためにガス検出動作を一時的に止める必要があるので、標準ガス導入などの作業が繁雑であるとともに、連続してガス検出ができないという問題があった。そして、このような問題を解決するガス検出装置が、本発明者らによって特許文献２に開示されている。
【０００６】
特許文献２において開示されたガス検出装置は、検出対象ガスの濃度がゼロガス状態と見なせる程度に低いときに計測したエアベース濃度を用いて、予め記憶されているエアベース濃度と経時量との関係、及び、経時量とセンサ感度との関係から、接触燃焼式ガスセンサの出力の補正を行って検出対象ガスの濃度を検出するものである。このガス検出装置によれば、ガス濃度検出途中に計測したエアベース濃度を予め記憶された各関係情報に当てはめることにより、センサ感度の経時変化を求めて補正を行うので、標準ガスが不要で且つ連続してガス濃度検出することができた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１７２６９５号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２に記載されたガス検出装置では、接触燃焼式ガスセンサの劣化度合の指標として、検出対象ガスの濃度がゼロガス状態と見なせる程度に低いときに計測したエアベース濃度計測値を用いて、接触燃焼式ガスセンサの出力を補正するので、高濃度の雰囲気では補正を行うためのエアベース濃度計測値を計測することができず、そのため、接触燃焼式ガスセンサの出力の補正を行うことができず、検出対象ガスの精度が低くなってしまうという問題があった。また、接触燃焼式ガスセンサの出力の補正は、例えば、予備計測などによって予め用意されたエアベース濃度計測値と経時量との関係情報、及び、該経時量とセンサ感度との関係情報、に、計測されたエアベース濃度計測値を当てはめて取得したセンサ感度に基づいて行われるが、この計測されたエアベース濃度計測値は、環境温度、環境湿度、又は、雰囲気の流動（外風）等の環境条件の変化などによって上記感応素子の温度が変動すると、その影響を受けて共に変動してしまい、そのため、このエアベース濃度計測値を上記関係情報に当てはめたときに、劣化度合に応じたセンサ感度を正確に取得することができず、接触燃焼式ガスセンサの出力の補正に誤差が生じて、検出対象ガスの検出精度が低くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記課題に係る問題を解決することを目的としている。即ち、本発明は、連続したガス検出ができるとともに、検出対象ガスの濃度によらず接触燃焼式ガスセンサの劣化度合を正確に把握できるガス検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載された発明は、上記目的を達成するために、図１の基本構成図に示すように、検出対象ガスと感応する感応素子を備えるとともに、前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを燃焼しない低温となる低温駆動制御及び前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを燃焼する高温となる高温駆動制御が行われる、接触燃焼式ガスセンサ１５、を有するガス検出装置１において、前記感応素子の温度が前記高温にされた後に、前記接触燃焼式ガスセンサ１５に、予め定められた互いに異なる複数の低温駆動時間の中から選択される１つの前記低温駆動時間にわたって前記低温駆動制御を行い、続いて、予め定められた高温駆動時間にわたって前記高温駆動制御を行う駆動制御手段６１ａと、前記駆動制御手段６１ａによって前記高温駆動制御が行われる毎に、前記接触燃焼式ガスセンサ１５の出力を測定する出力測定手段６１ｂと、前記駆動制御手段６１ａにおいて互いに異なる前記低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合に、前記出力測定手段６１ｂによって測定された複数の前記接触燃焼式ガスセンサ１５の出力に基づいて、前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きを算出する傾き算出手段６１ｃと、を有していることを特徴とするガス検出装置である。
【００１１】
請求項１に記載された発明によれば、前記感応素子の温度が前記高温にされた後の前記接触燃焼式ガスセンサに対して、前記感応素子の温度を互いに異なる複数の低温駆動時間から選択された１つの低温駆動時間にわたり前記低温にして、続いて、前記感応素子の温度を高温駆動時間にわたり前記高温にする。そして、このとき感応素子の温度が高温にされる毎に前記接触燃焼式ガスセンサの出力を測定する。そして、互いに異なる低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合において測定された複数の前記接触燃焼式ガスセンサ出力から、前記低温駆動時間に対する前記接触燃焼式ガスセンサの出力の傾きを算出する。
【００１２】
前記低温駆動時間に対する前記接触燃焼式ガスセンサの出力の傾きは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、前記感応素子の被毒量、即ち、劣化度合に応じて一定の値になるとともに、劣化度合に応じて絶対値が大きくなるものである。また、この傾きは、例えば、２つの前記出力の差分を、これら２つの前記出力のそれぞれに対応する低温駆動時間の差分で除することで算出されるが、これら２つの前記出力を、環境条件が変化しない程度の短い時間間隔（例えば、数ｍ秒〜数秒程度）で測定するとともに、これら２つの前記出力の差分をとることで、環境条件に係る出力分を相殺して、感応素子の劣化度合に係る出力分のみを取り出すことができる。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記駆動制御手段６１ａが、前記低温駆動制御及び該低温駆動制御に続く前記高温駆動制御からなる一連の駆動制御を、前記低温駆動時間が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行うことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項２に記載された発明によれば、前記感応素子の温度を低温にした後高温にする一連の動作（駆動制御）を、前記低温駆動時間が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行う。
【００１５】
請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載された発明において、前記低温駆動時間の長さが、前記感応素子に前記検出対象ガスが吸着しない長さにされていることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に記載された発明によれば、前記低温駆動時間の長さを、前記感応素子に前記検出対象ガスが吸着しない長さにして、前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きを算出する。
【００１７】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載された発明において、図１の基本構成図に示すように、前記接触燃焼式ガスセンサ１５における前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きと出力補正量との関係を示す補正情報を予め記憶する補正情報記憶手段６４と、前記傾き算出手段６１ｃによって算出された前記傾き及び前記補正情報記憶手段６４に記憶された前記補正情報に基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサ１５の出力を補正する出力補正手段６１ｄと、を有していることを特徴とするものである。
【００１８】
請求項４に記載された発明によれば、前記接触燃焼式ガスセンサにおける前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きと出力補正量との関係を示す補正情報が予め記憶されており、この補正情報と算出された前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きとに基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサの出力を補正する。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載された発明によれば、前記感応素子の温度が前記高温にされた後の前記接触燃焼式ガスセンサに対して、前記感応素子の温度を互いに異なる複数の低温駆動時間から選択された１つの低温駆動時間にわたり前記低温にして、続いて、前記感応素子の温度を高温駆動時間にわたり前記高温にして、そして、このとき感応素子の温度が前記高温にされる毎に前記接触燃焼式ガスセンサの出力を測定して、そして、互いに異なる低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合において測定された複数の前記接触燃焼式ガスセンサ出力から、前記低温駆動時間に対する前記接触燃焼式ガスセンサの出力の傾きを算出するので、この傾きは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、前記感応素子の被毒量、即ち、劣化度合に応じて一定の値になるとともに、劣化度合に応じて絶対値が大きくなるものであり、また、環境条件に係る前記出力を含まず且つ感応素子の劣化度合に係る前記出力のみを含むものであり、そのため、この傾きを、前記感応素子の劣化度合を示す指標として用いることで、検出対象ガスの濃度にかかわらず、該劣化度合を正確に把握することができる。また、標準ガスを用いることなく劣化度合を把握することができるので、連続してガス検出ができる。
【００２０】
請求項２に記載された発明によれば、前記感応素子の温度を低温にした後高温にする一連の駆動制御を、前記低温駆動時間が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行うので、互いに異なる低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合において行われる前記接触燃焼式ガスセンサ出力の測定の間隔を短くすることができ、そのため、環境条件の変化の影響をより受けにくくすることができる。
【００２１】
請求項３に記載された発明によれば、前記低温駆動時間の長さを、前記感応素子に前記検出対象ガスが吸着しない長さにして、前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きを算出するので、吸着性を有する検出対象ガスを検出する吸着燃焼式ガスセンサの劣化度合を正確に把握することができる。
【００２２】
請求項４に記載された発明によれば、前記接触燃焼式ガスセンサにおける前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きと出力補正量との関係を示す補正情報が予め記憶されており、この補正情報と算出された前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きとに基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサの出力を補正するので、高精度なガス検出ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のガス検出装置の基本構成を示す図である。
【図２】本発明のガス検出装置の一実施形態であるガス濃度検出装置を示す構成図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれ、図２のガス濃度検出装置が備える吸着燃焼式ガスセンサ回路のガスセンサユニットの平面図、背面図、及び、平面図におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】図２のガス濃度検出装置が備えるＣＰＵが行うガス濃度検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】図２のガス濃度検出装置が備えるＣＰＵが行うガス濃度検出処理での、接触燃焼式ガスセンサの駆動制御のイメージを示す図である。
【図６】ガス検出装置における吸着燃焼式ガスセンサの時間差吸着方式での駆動制御のイメージを示す図である。
【図７】時間差吸着方式での吸着燃焼出力電圧波形の一例を示すグラフである。
【図８】時間差吸着方式での接触燃焼出力電圧波形の一例を示すグラフである。
【図９】時間差吸着方式での吸着ピーク出力電圧波形の一例を示すグラフである。
【図１０】時間差吸着方式が用いられるガス検出装置を示す構成図である。
【図１１】非吸着時間に対する吸着ピーク積分値の変化を示すグラフである。
【図１２】図１１のグラフを、オフセットして並べかえたグラフである。
【図１３】非吸着時間が長いときの、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びに吸着燃焼式ガスセンサの出力を模式的に示した図である。
【図１４】非吸着時間が短いときの、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びに吸着燃焼式ガスセンサの出力を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、上記低温駆動時間に対する接触燃焼式ガスセンサの出力の傾きと、該接触燃焼式ガスセンサが備える感応素子の劣化度合と、の関係について、図６〜図１４を参照して説明する。
【００２５】
接触燃焼式ガスセンサは、検出対象ガスと感応する感応素子を備えている。そして、この感応素子の温度が、検出対象ガスが燃焼しない低温（吸着燃焼式の場合は、検出対象ガスが吸着する低温）、及び、検出対象ガスが燃焼する高温、になるように、接触燃焼式ガスセンサの駆動制御（即ち、通電や電圧供給）が行われる。このような駆動制御によって、感応素子の温度が上記高温にされると、感応素子が備える触媒による反応によって、検出対象ガスが燃焼する。そして、この検出対象ガスの燃焼熱で白金コイル（白金ヒータ）の抵抗値が変化して、この変化量に基づきガス濃度やガス種を検出する。
【００２６】
このような接触燃焼式ガスセンサは、検出対象ガスの燃焼に際し、感応素子表面にカーボンやシリコンなどの被毒物質が付着、堆積することが一般的に知られている。そして、接触燃焼式ガスセンサは、温度変化に対する応答特性を向上させるために、熱容量が小さくなるように非常に微小に形成されているが、上記被毒物質の付着量（即ち、被毒量）に応じて熱容量が大きくなり、応答特性が悪化してしまう。
【００２７】
ところで、接触燃焼式ガスセンサを吸着燃焼式ガスセンサとして使用した場合においては、時間差吸着方式という制御方式を用いてガス検出が行われる。この時間差吸着方式では、図６に示すように、（１）感応素子の温度が上記低温となる低温駆動電圧を、該感応素子に検出対象ガスが吸着する吸着時間ｂ１にわたって供給し、続いて、感応素子の温度が上記高温となる高温駆動電圧を、該感応素子に吸着した検出対象ガスが燃焼する燃焼時間Ｂ１にわたって供給し、（２）このときの燃焼時間Ｂ１における吸着燃焼式ガスセンサの出力の積分値（吸着燃焼積分値Ｓｂ）を計測し、（３）続いて、上記低温駆動電圧を、該感応素子に検出対象ガスが吸着しない非吸着時間ａ１（低温駆動時間に相当、非吸着時間ａ１は吸着時間ｂ１より短い）にわたって供給し、続いて、上記高温駆動電圧を、該感応素子に所定の燃焼時間Ａ１（高温駆動時間に相当、燃焼時間Ｂ１と同じ長さ）にわたって供給し、（４）このときの燃焼時間Ａ１における吸着燃焼式ガスセンサの出力の積分値（接触燃焼積分値Ｓａ）を計測し、（５）吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値Ｓａを差し引いた値（吸着ピーク積分値Ｓ）を算出して、（６）この吸着ピーク積分値Ｓと、予備計測などによって予め取得した吸着ピーク積分値Ｓと検出対象ガスの濃度との関係情報と、に基づいて、検出対象ガスの濃度を求める。なお、感応素子に検出対象ガスが吸着するためには、相応の時間が必要である。そして、上述した感応素子に検出対象ガスが吸着する吸着時間とは、感応素子に検出対象ガスが吸着するのに十分な長さの時間のことであり、また、感応素子に検出対象ガスが吸着しない非吸着時間とは、上記吸着時間に満たない、感応素子に検出対象ガスが吸着するのに不十分な長さの時間のことである。
【００２８】
このように、時間差吸着方式は、検出対象ガスを吸着させたときの吸着燃焼出力（吸着燃焼積分値Ｓｂ）から検出対象ガスを吸着させないときの接触燃焼出力（接触燃焼積分値Ｓａ）を差し引くので、吸着した検出対象ガスに係るピーク出力のみをとりだすことができ、そのため、検出対象ガスの吸着燃焼に係る特徴をより明確に得ることができる。図７に、燃焼時間Ｂ１における吸着燃焼式ガスセンサの出力（吸着燃焼出力電圧Ｖｂ）の一例を示し、図８に、燃焼時間Ａ１における吸着燃焼式ガスセンサの出力（接触燃焼出力電圧Ｖａ）の一例を示し、図９に、吸着燃焼出力電圧Ｖｂから接触燃焼出力電圧Ｖａを差し引いた値（吸着ピーク出力電圧Ｖｂ−Ｖａ）の一例を示す。吸着燃焼積分値Ｓｂ、接触燃焼積分値Ｓａ、及び、吸着ピーク積分値Ｓ、はこれらグラフの面積を求めたものである。なお、時間差吸着方式の詳細については、特許文献２等を参照されたい。
【００２９】
そして、本発明者らは、接触燃焼式ガスセンサの被毒による上記応答特性の変化に着目して、図１０に示すガス濃度検出装置８０１において、被毒程度（劣化度合）の異なる吸着燃焼式ガスセンサを適用して、濃度の異なる一種類の検出対象ガス（ここではトルエンを用いた）について、上述した時間差吸着方式における非吸着時間ａ１の時間を５ｍ秒〜５００ｍ秒の間で変化させたときの吸着ピーク積分値Ｓを測定した。
【００３０】
図１０のガス濃度検出装置８０１は、検出対象ガスと感応する感応素子８１１及び検出対象ガスと感応しない補償素子８１２を備える吸着燃焼式ガスセンサ８１５と、感応素子８１１及び該感応素子８１１と直列に接続された固定抵抗器８１４からなるセンサ回路部８１０、並びに、センサ回路部８１０と並列接続されるとともに、補償素子８１２及び該補償素子８１２と直列接続された固定抵抗器８１３からなるレファレンス回路部８２０、で構成されたブリッジ回路８０２と、感応素子８１１の温度が検出対象ガスを吸着する低温となる低温駆動電圧、及び、感応素子８１１の温度が感応素子８１１に吸着した検出対象ガスを燃焼させる高温となる高温駆動電圧、をブリッジ回路８０２に順次供給する電圧供給源８０５と、感応素子８１１及び固定抵抗器８１４間に生じる第１電圧Ｖ１と補償素子８１２及び固定抵抗器８１３間に生じる第２電圧Ｖ２とが入力されるように、センサ回路部８１０の中点とレファレンス回路部８２０の中点とに接続されて、これら第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２との電位差Ｖｃ（即ち、吸着燃焼式ガスセンサの出力）を所定の増幅率で増幅する計装アンプ８０６と、計装アンプ８０６で増幅された上記出力をアナログ値からデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータ８０７と、Ａ／Ｄコンバータ８０７によってデジタル値に変換された上記出力の積分値を算出して、該積分値に基づいて検出対象ガスの濃度を検出する周知のマイクロコンピュータ（ＭＰＵ）８６０と、を備えている。ブリッジ回路８０２は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において高温駆動電圧を供給されたときに、各素子の温度変化が収束した定常状態で平衡（即ち、電位差Ｖｃが０）となるように、固定抵抗器８１３、８１４の抵抗値が定められている。吸着燃焼式ガスセンサ８１５として、使用期間が１月の吸着燃焼式ガスセンサ（以下、ガスセンサＰという）と、このガスセンサＰをさらに５ヶ月使用して、使用期間を６月とした吸着燃焼式ガスセンサ（以下、ガスセンサＱという）と、を用いている。ガスセンサＰは、ほぼ未使用で被毒量が少ない吸着燃焼式ガスセンサである。ガスセンサＱは、被毒量が多い吸着燃焼式ガスセンサである。
【００３１】
図１１に、図１０のガス濃度検出装置８０１を用いて測定した、非吸着時間ａ１に対する吸着ピーク積分値Ｓのグラフを示す。このグラフによれば、各グラフは、非吸着時間ａ１が２０ｍ秒付近でピークとなり、その後、なだらかに低下して一定の値に収束する傾向にある。また、被毒量が少ない吸着燃焼式ガスセンサ（ガスセンサＰ）と、被毒量が多い吸着燃焼式ガスセンサ（ガスセンサＱ）とでは、同一濃度の検出対象ガスに対する吸着ピーク積分値Ｓが大きくずれている。
【００３２】
そして、図１１の各グラフを、２０ｍ秒のときの値が０になるようにオフセットして並べ直したときのグラフを図１２に示す。なお、図１２には、図１１に含まれていないグラフ（濃度０．３ｐｐｍ、１．３ｐｐｍ）を含めている。このグラフから、２０ｍ秒〜１００ｍ秒の間において、検出対象ガスの濃度にかかわらず、ガスセンサＰのグラフの傾きが、それぞれほぼ同一となり、同様に、ガスセンサＱのグラフの傾きも、それぞれほぼ同一となることが判明した。また、被毒量の多いガスセンサＱのグラフの傾きの絶対値は、被毒量が少ないガスセンサＰのグラフの傾きの絶対値より大きくなることが判明した。これら判明した結果について、以下に説明する。
【００３３】
図１３（ａ）は、被毒量が少ないガスセンサＰにおいて、非吸着時間ａ１を比較的長いａ１TLとしたときの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びにガスセンサＰの出力を模式的に示した図であり、図１３（ｂ）は、被毒量が多いガスセンサＱにおいて、非吸着時間ａ１をａ１TLとしたときの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びにガスセンサＱの出力を模式的に示した図である。また、図１４（ａ）は、被毒量が少ないガスセンサＰにおいて、非吸着時間ａ１を比較的短いａ１TSとしたときの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びにガスセンサＰの出力を模式的に示した図であり、図１４（ｂ）は、被毒量が多いガスセンサＱにおいて、非吸着時間ａ１をａ１TSとしたときの感応素子及び補償素子の温度変化波形並びにガスセンサＱの出力を模式的に示した図である。吸着燃焼式ガスセンサの出力を決定する白金コイル（白金ヒータ）の抵抗値は温度に応じて変化するので、これら温度変化波形は、接触燃焼式ガスセンサの感応素子及び補償素子の出力の変化とみなすことができる。なお、図１３、図１４では、検出対象ガスの濃度がゼロであり、補償素子の熱容量が、感応素子の熱容量より大きい場合について示している。
【００３４】
図１３（ａ）において、ガスセンサＰにおける吸着燃焼積分値をＳｂ（Ｐ）TL、接触燃焼積分値をＳａ（Ｐ）TL、とすると、吸着ピーク積分値Ｓ（Ｐ）TLは次の式によって求められる。
Ｓ（Ｐ）TL＝Ｓｂ（Ｐ）TL−Ｓａ（Ｐ）TL・・・（１）
【００３５】
同様に、図１４（ａ）において、ガスセンサＰにおける吸着燃焼積分値をＳｂ（Ｐ）TS、接触燃焼積分値をＳａ（Ｐ）TS、とすると、吸着ピーク積分値Ｓ（Ｐ）TSは次の式によって求められる。
Ｓ（Ｐ）TS＝Ｓｂ（Ｐ）TS−Ｓａ（Ｐ）TS・・・（２）
【００３６】
そして、これらからガスセンサＰにおける非吸着時間に対する吸着ピーク積分値Ｓ（Ｐ）の傾きＫ（Ｐ）を求めると
Ｋ（Ｐ）＝（Ｓ（Ｐ）TL−Ｓ（Ｐ）TS）／（ａ１TL−ａ１TS）
＝（（Ｓｂ（Ｐ）TL−Ｓａ（Ｐ）TL）−（Ｓｂ（Ｐ）TS−Ｓａ（Ｐ）TS））
／（ａ１TL−ａ１TS）・・・（３）
ここで、図１３（ａ）、図１４（ａ）において、それぞれの吸着時間ｂ１及び燃焼時間Ｂ１の波形は同一であり、つまり、それぞれの吸着燃焼積分値は同一（Ｓｂ（Ｐ）TL＝Ｓｂ（Ｐ）TS）である。これにより、上記Ｋ（Ｐ）は、以下の式で表される。
Ｋ（Ｐ）＝（−Ｓａ（Ｐ）TL＋Ｓａ（Ｐ）TS）／（ａ１TL−ａ１TS）・・・（４）
【００３７】
また、同様にして、図１３（ｂ）、図１４（ｂ）から、ガスセンサＱにおける非吸着時間に対する吸着ピーク積分値Ｓ（Ｑ）の傾きＫ（Ｑ）は、以下の式で表される。
Ｋ（Ｑ）＝（−Ｓａ（Ｑ）TL＋Ｓａ（Ｑ）TS）／（ａ１TL−ａ１TS）・・・（５）
【００３８】
これら式（４）、式（５）から、傾きＫ（Ｐ）及び傾きＫ（Ｑ）は、非吸着時間に対する接触燃焼積分値の変化として表される。
【００３９】
吸着燃焼式ガスセンサの感応素子は、非吸着時間ａ１を長くしたとき（ａ１＝ａ１TL）、被毒量にかかわらず、燃焼時間Ｂ１において高温にされた感応素子の温度が、該非吸着時間ａ１内で、高温から低温に下がりきることができる（図１３（ａ）、（ｂ））。
【００４０】
その一方で、吸着燃焼式ガスセンサの感応素子は、非吸着時間ａ１を短くしたとき（ａ１＝ａ１TS）、被毒量が少なければ熱容量が小さいので、燃焼時間Ｂ１において高温にされた感応素子の温度が、該非吸着時間ａ１内で高温から低温に下がりきることができる（図１４（ａ））が、被毒量が多いと熱容量が大きくなるので、燃焼時間Ｂ１において高温にされた感応素子の温度が、該非吸着時間ａ１内で高温から低温まで下がりきることができず、そのため、続く燃焼時間Ａ１において、低温より高い温度から加熱が始まって、より早く高温に到達してしまい、これにより、接触燃焼積分値Ｓａが、非吸着時間ａ１を長くしたときに比べて大きく変化する（図１４（ｂ））。つまり、非吸着時間ａ１を短くすると、被毒量に応じて接触燃焼積分値Ｓａが変化する。
【００４１】
上記より、被毒量の少ないガスセンサＰでは、非吸着時間ａ１を短くしても、接触燃焼積分値Ｓａは変化しない又は変化が小さいが、被毒量の多いガスセンサＱでは、非吸着時間ａ１を短くすると、接触燃焼積分値Ｓａが大きく変化する。このことから、被毒量の多いガスセンサＱのグラフの傾きＫ（Ｑ）の絶対値が、被毒量が少ないガスセンサＰのグラフの傾きＫ（Ｐ）の絶対値より大きくなる。
【００４２】
また、上記式（４）、式（５）から、傾きＫ（Ｐ）、Ｋ（Ｑ）は、非吸着時間ａ１が長いとき（ａ１＝ａ１TL）の接触燃焼積分値ＳａTLと、非吸着時間ａ１が短いとき（ａ１＝ａ１TS）の接触燃焼積分値ＳａTSと、用いて算出される。ここで、接触燃焼積分値ＳａTLと接触燃焼積分値ＳａTSとにそれぞれ含まれる、検出対象ガスの濃度に応じた接触燃焼に係る出力の積分値は同じであるので、これら接触燃焼積分値ＳａTLと接触燃焼積分値ＳａTSとの差分を用いることにより、濃度に応じた接触燃焼に係る出力を相殺でき、被毒量に応じた出力のみ得ることができる。このことから、検出対象ガスの濃度にかかわらず、ガスセンサＰのグラフの傾きがそれぞれほぼ同一となり、同様に、ガスセンサＱのグラフの傾きもそれぞれほぼ同一となり、即ち、非吸着時間ａ１に対する吸着ピーク積分値Ｓのグラフの傾きは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、被毒量に応じて一定の値となる。
【００４３】
また、同様に、これら接触燃焼積分値ＳａTLと接触燃焼積分値ＳａTSとの差分を用いることにより、環境温度、環境湿度、又は、雰囲気の流動（外風）等の環境条件の変化などの影響を相殺でき、被毒量を正確に把握することができる。なお、上記は吸着燃焼式ガスセンサについて検討したものであるが、主に接触燃焼動作に係るものであるので、非吸着動作の接触燃焼式ガスセンサについても上記と同様である。また、感応素子のみからなる接触燃焼式ガスセンサについても上記と同様である。また、上記はトルエンを用いて検証を行ったものであるが、他のガス種についても原理的には上記と同様である。
【００４４】
以上より、検出対象ガスの濃度及び環境条件の変化にかかわらず、非吸着時間に対する吸着ピーク積分値Ｓ（接触燃焼積分値Ｓａ）のグラフの所定範囲における傾きから、接触燃焼式ガスセンサの感応素子における被毒量（即ち、劣化度合）が正確に得ることができる。
【００４５】
次に、本発明に係るガス検出装置の一実施形態としてのガス濃度検出装置を、図２〜図５を参照して説明する。
【００４６】
ガス濃度検出装置１は、図２に示すように、ブリッジ回路２と、電圧供給源５と、計装アンプ６と、Ａ／Ｄコンバータ７と、マイクロコンピュータ６０と、図示しない気体収容室と、図示しない表示装置と、を備えている。
【００４７】
ブリッジ回路２は、第１固定抵抗器１３と、第２固定抵抗器１４と、吸着燃焼式ガスセンサとしてのガスセンサユニット１５と、を備えている。このガスセンサユニット１５は、感応素子１１と補償素子１２とを備えている。そして、第２固定抵抗器１４と感応素子１１とを互いに直列接続することでセンサ回路部１０を構成し、第１固定抵抗器１３と補償素子１２とを互いに直列接続することでレファレンス回路部２０を構成している。また、センサ回路部１０とレファレンス回路部２０とを互いに並列接続することでブリッジ回路２を構成している。ブリッジ回路２における第１固定抵抗器１３と第２固定抵抗器１４とを接続する信号線は、電圧供給源５に接続されている。ブリッジ回路２における感応素子１１と補償素子１２とを接続する信号線は接地点（ＧＮＤ）に接続されている。
【００４８】
ガスセンサユニット１５は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、所定厚さ（例えば、４００μｍ程度）のシリコン（Ｓｉ）ウェハ４１上に、所定厚さ（例えば、６００ｎｍ程度）の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜４８ｃ、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の窒化シリコン（ＳｉＮ）膜４８ｂ、および所定厚さ（例えば、３０ｎｍ程度）の酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）膜４８ａの絶縁薄膜が順次成膜され、多層絶縁膜が形成されている。
【００４９】
この多層絶縁膜上に、感応素子１１として、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の第１のヒータとしての白金（Ｐｔ）ヒータ４２（即ち、白金コイル）が形成されていると共に、この白金ヒータ４２と熱的に接触するとともに、触媒物質として、例えば、検出対象ガスを吸着及び燃焼させるパラジウム（Ｐｄ）などの白金族を担持した酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる触媒層４３が所定厚さ（例えば、１〜４０μｍ程度）で形成されている。
【００５０】
また、多層絶縁膜上には、補償素子１２として、所定厚さ（例えば、２５０ｎｍ程度）の第２のヒータとしての白金（Ｐｔ）ヒータ４４（即ち、白金コイル）と、この白金ヒータ４４と熱的に接触する酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）のみからなる非触媒層４５が所定厚さ（例えば、１〜４０μｍ程度）で形成されている。
【００５１】
また、図３（Ｃ）に示すように、シリコンウェハ４１を異方性エッチングして、感応素子１１及び補償素子１２に対応する位置に凹部４６、４７を形成し、それにより、上述の各絶縁薄膜による薄膜ダイヤフラムＤｓおよびＤｒが形成されている。
【００５２】
感応素子１１及び補償素子１２は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、後述する電圧供給源５によって低温駆動電圧及び高温駆動電圧が供給されたのちにそれらの温度変化が収束した定常状態では、感応素子１１の白金ヒータ４２と補償素子１２の白金ヒータ４４とが同一の抵抗値となるように形成されている。
【００５３】
また、感応素子１１は触媒層４３を備えているとともに、補償素子１２は非触媒層４５を備えている（即ち、触媒を備えていない）ので、電圧供給源５によってブリッジ回路２（センサ回路部１０及びレファレンス回路部２０）に所定の低温駆動電圧が供給されると、感応素子１１では検出対象ガスが触媒層４３に吸着され、その一方で、補償素子１２では検出対象ガスが非触媒層４５に吸着されず、そして、電圧供給源５によってブリッジ回路２に所定の高温駆動電圧が供給されると、感応素子１１では触媒により検出対象ガスが燃焼し、その一方で、補償素子１２では検出対象ガスが燃焼しない。即ち、感応素子１１は検出対象ガスと感応し、補償素子１２は検出対象ガスと感応しない。
【００５４】
このため、感応素子１１及び補償素子１２は、検出対象ガスを含む雰囲気中において、電圧供給源５によって低温駆動電圧が供給されたのちに高温駆動電圧が供給されると、感応素子１１に吸着した検出対象ガスが爆発的に燃焼する。すると、この燃焼エネルギーにより感応素子１１の温度が補償素子１２の温度より高くなり、感応素子１１と補償素子１２とのそれぞれに検出対象ガスの濃度に応じた温度差が生じて、この温度差によって感応素子１１の白金ヒータ４２と補償素子１２の白金ヒータ４４との抵抗値に差が生じる。そして、この抵抗値の差が、第２固定抵抗器１４及び感応素子１１間（即ち、センサ回路部１０の中点）と第１固定抵抗器１３及び補償素子１２間（即ち、レファレンス回路部２０の中点）との間、つまり、ブリッジ回路２における一対の中点間に、電位差として現れる。この一対の中点間の電位差を「中点電位差Ｖｃ」といい、この中点電位差Ｖｃに基づいてガス濃度が検出される。この中点電位差Ｖｃが、ガスセンサユニット１５の出力となる。
【００５５】
ガスセンサユニット１５は、図示しない気体収容室内に設置されている。この気体収容室には、検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気（被検ガス）が、後述するマイクロコンピュータ６０の制御によって充填される。
【００５６】
第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、予め定められた固定値の電気抵抗を生じる周知の電子部品である。第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、複数の固定抵抗器を直列、並列、または、直列及び並列に組み合わせて構成してもよく、或いは、ガス濃度測定時に抵抗値を固定して用いるものであれば、例えば、平衡調整のためなどに抵抗値を変更できる、可変抵抗器であってもよい。第１固定抵抗器１３及び第２固定抵抗器１４は、検出対象ガスを含まない雰囲気中において、これら第１固定抵抗器１３、第２固定抵抗器１４及びガスセンサユニット１５で構成されたブリッジ回路２に電圧供給源５によって高温駆動電圧が供給されたときに、感応素子１１の温度及び補償素子１２の温度の変化が収束した定常状態で平衡となるように、即ち、一対の中点間に生じる中点電位差Ｖｃが０となるように、それぞれの抵抗値が定められている。本実施形態においては、第１固定抵抗器１３の抵抗値が２００Ω、第２固定抵抗器１４の抵抗値が２００Ωに設定されている。
【００５７】
感応素子１１の抵抗値をＲｓ、補償素子１２の抵抗値をＲｒ、第１固定抵抗器１３の抵抗値をＲ１、第２固定抵抗器１４の抵抗値をＲ２、ブリッジ回路２への供給電圧をＶｂｒｇ、とすると、上記中点電位差Ｖｃは、以下の式（６）で表される。
【００５８】
Ｖｃ＝（（Ｒｓ／（Ｒ２＋Ｒｓ））−（Ｒｒ／（Ｒ１＋Ｒｒ）））×Ｖｂｒｇ・・（６）
【００５９】
電圧供給源５は、ブリッジ回路２に所定の電圧を供給する電圧供給回路である。電圧供給源５は、後述するＭＰＵ６０に接続されるとともに、該ＭＰＵ６０からの電圧制御信号に応じて、感応素子１１の温度が検出対象ガスを吸着する低温（例えば、２００度）となる低温駆動電圧、及び、感応素子１１の温度が感応素子１１に吸着した検出対象ガスを燃焼させる高温（例えば、４００度）となる高温駆動電圧、などのパルス状の供給電圧Ｖｂｒｇをブリッジ回路２に供給する。即ち、低温駆動制御として上記低温駆動電圧を供給し、高温駆動制御として上記高温駆動電圧を供給する。また、本実施形態では、電圧供給源によって電圧を供給して、接触燃焼式ガスセンサとしてのガスセンサユニット１５を駆動するものであるが、これに限らず、例えば、電流源などによって感応素子の温度が低温又は高温になるような電流を通電して、ガスセンサユニット１５を駆動するものであってもよい。
【００６０】
計装アンプ６は、差動入力・シングルエンド出力の平衡入力アンプであり、同相信号除去比（ＣＭＲＲ）を大きくとれるという特徴を有する周知の増幅器である。計装アンプ６は、それぞれ高インピーダンスの一対の差動入力端子に入力された信号の電位差を、所定の増幅率で増幅して出力する。計装アンプ６の差動入力端子の一方（Ｖ＋）には、センサ回路部１０の第２固定抵抗器１４及び感応素子１１間（中点）の信号線が接続されており、他方（Ｖ−）には、レファレンス回路部２０の第１固定抵抗器１３及び補償素子１２間（中点）の信号線が接続されている。つまり、計装アンプ６は、センサ回路部１０の中点の電位（以下、「第１電圧Ｖ１」という）と、レファレンス回路部２０の中点の電位（以下、「第２電圧Ｖ２」という）と、が入力されて、これら第１電圧Ｖ１と第２電圧Ｖ２の電位差（即ち、中点電位差Ｖｃ）を、所定の増幅率で増幅して出力端子から出力する。
【００６１】
Ａ／Ｄコンバータ７は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する周知のアナログ−デジタル変換器である。Ａ／Ｄコンバータ７の入力部には、計装アンプ６において増幅された中点電位差Ｖｃが入力される。また、Ａ／Ｄコンバータ７の出力部は、ＭＰＵ６０に接続されており、デジタル信号に変換された中点電位差ＶｃがＭＰＵ６０に向けて出力される。
【００６２】
マイクロコンピュータ（ＭＰＵ）６０は、周知のように、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央演算処理装置（ＣＰＵ）６１、ＣＰＵ６１のためのプログラムや各種パラメータを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ６２、各種データを格納するとともにＣＰＵ６１の処理作業に必要な領域を有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ６３、及び、電力供給が断たれた場合でも、格納された各種データの保持が可能であり、ＣＰＵ６１の処理作業に必要な各種格納エリアを有するＥＥＰＲＯＭ６４等を備えている。
【００６３】
ＲＯＭ６２には、ＣＰＵ６１を、駆動制御手段、出力測定手段、傾き算出手段、故障通知手段、出力補正手段等の各種手段として機能させるプログラムが予め記憶されている。ＣＰＵ６１は、ＲＯＭ６２に格納された各種プログラムを実行することにより、駆動制御手段、出力測定手段、傾き算出手段、故障通知手段、出力補正手段等の各種手段として機能する。
【００６４】
ＲＡＭ６３には、吸着ピーク積分値算出回数ｎ、吸着燃焼積分値Ｓｂ、接触燃焼積分値ＳａTS、接触燃焼積分値ＳａTL、吸着ピーク積分値ＳTS、吸着ピーク積分値ＳTLなどを格納する領域が設けられている。ＥＥＰＲＯＭ６４には、吸着時間ｂ１、燃焼時間Ｂ１、非吸着時間ａ１TS、非吸着時間ａ１TL（ａ１TS＜ａ１TL）、燃焼時間Ａ１（Ａ１＝Ｂ１）、故障判定値Ｆ、補正情報Ｊ、濃度情報Ｄ、サンプリング間隔時間、低温駆動電圧値、高温駆動電圧値など、が予め記憶されている。ＥＥＰＲＯＭ６４に記憶された上記各種データは、検出対象ガスの種類などに応じて適宜書き換えられる。なお、ＥＥＰＲＯＭ６４は、請求項中の補正情報記憶手段に相当する。
【００６５】
ＭＰＵ６０は、図示しない入出力ポートや各種インタフェース機能を備えた外部接続部をさらに備えている。ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、Ａ／Ｄコンバータ７及び電圧供給源５と接続されている。ＭＰＵ６０は、Ａ／Ｄコンバータ７からデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを受信して、この中点電位差Ｖｃに基づいて、ガス濃度を検出する。ＭＰＵ６０は、処理に応じて、例えば、所定の低温駆動時間（吸着時間ｂ１、非吸着時間ａ１TS、ａ１TL）にわたって低温駆動電圧を供給（即ち、低温駆動制御）した後、所定の高温駆動時間（燃焼時間Ｂ１、燃焼時間Ａ１）にわたって高温駆動電圧を供給（即ち、高温駆動制御）するように、電圧供給源５に向けて電圧制御信号を送信する。
【００６６】
また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、図示しない表示装置に接続されており、例えば、検出した検出対象ガスの濃度に関する情報を含む表示制御信号を、該表示装置に向けて送信する。また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、ガスセンサユニット１５の故障情報を含む表示制御信号を、該表示装置に向けて送信する。そして、表示装置は、この表示制御信号に応じた情報、即ち、検出対象ガスの濃度、又は、ガスセンサユニット１５の故障通知メッセージ、などを表示する。また、ＭＰＵ６０は、この外部接続部を介して、ポンプなどを備えた気体収容室に接続されており、処理に応じて各種気体を該気体収容室に充填する。
【００６７】
次に、上述したＣＰＵ６１が実行する本発明に係る処理（ガス濃度検出処理）の一例を、図４に示すフローチャートを参照して、以下に説明する。
【００６８】
ガス濃度検出装置１に電源が投入されると、ＣＰＵ６１は、気体収容室内に検出対象ガスの濃度を検出する雰囲気（被検ガス）を充填した後、その処理をステップＳ１１０に進める。
【００６９】
ステップＳ１１０では、ＲＡＭ６３上に設けられた各種変数を初期化する（吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０、吸着燃焼積分値Ｓｂ＝０、接触燃焼積分値ＳａTS＝０、接触燃焼積分値ＳａTL＝０）。そして、ステップＳ１２０に進む。
【００７０】
ステップＳ１２０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に低温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１３０に進む。
【００７１】
ステップＳ１３０では、ステップＳ１２０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された吸着時間ｂ１（例えば、６０秒）が経過するまで待ち（Ｓ１３０でＮ）、そして、吸着時間ｂ１が経過した後、ステップＳ１４０に進む（Ｓ１３０でＹ）。
【００７２】
ステップＳ１４０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に、高温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１５０に進む。
【００７３】
ステップＳ１５０では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを取得して、この中点電位差ＶｃをＲＡＭ６３上に設けた吸着燃焼積分値Ｓｂに積算する。その後、所定のサンプリング間隔時間（例えば、１ｍ秒）が経過するまで待つ。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＳ１６０に進む。
【００７４】
ステップＳ１６０では、ステップＳ１４０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された燃焼時間Ｂ１（例えば、４００ｍ秒）が経過するまで、ステップＳ１５０での吸着燃焼積分値Ｓｂの積算を繰り返し（Ｓ１６０でＮ）、そして、燃焼時間Ｂ１が経過した後、ステップＳ１７０に進む（Ｓ１６０でＹ）。
【００７５】
以下、ステップＳ１７０〜Ｓ２３０までのループ処理において、１回目のループ処理で、非吸着時間ａ１が短い（ａ１TS）ときの接触燃焼積分値ＳａTS及び吸着ピーク積分値ＳTSを算出し、２回目のループ処理で、非吸着時間が長い（ａ１TL）ときの接触燃焼積分値ＳａTL及び吸着ピーク積分値ＳTLを算出する。ステップＳ１８０、Ｓ２００、Ｓ２１０、及び、Ｓ２２０では、ループ処理回数、即ち、吸着ピーク積分値算出回数ｎに応じた処理が行われる。
【００７６】
ステップＳ１７０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に低温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ１８０に進む。
【００７７】
吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０（１回目のループ処理）のとき、ステップＳ１８０では、ステップＳ１７０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された非吸着時間ａ１TS（例えば、２０ｍ秒）が経過するまで待ち（Ｓ１８０でＮ）、そして、非吸着時間ａ１TSが経過した後、ステップＳ１９０に進む（Ｓ１８０でＹ）。吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝１（２回目のループ処理）のとき、ステップＳ１８０では、ステップＳ１７０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された非吸着時間ａ１TL（例えば、１００ｍ秒）が経過するまで待ち（Ｓ１８０でＮ）、そして、非吸着時間ａ１TLが経過した後、ステップＳ１８０に進む（Ｓ１８０でＹ）。なお、非吸着時間ａ１TS、及び、非吸着時間ａ１TLの値は、ガス検出装置の構成や検出対象ガスの種類などに応じて、ガス濃度にかかわらず感応素子１１の被毒量について傾きＫ（後述）が一定となる所定の範囲内になるように適宜定められる。
【００７８】
ステップＳ１９０では、電圧供給源５に対して、ブリッジ回路２に、高温駆動電圧を供給するための電圧制御信号を送信する。そして、ステップＳ２００に進む。
【００７９】
吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０（１回目のループ処理）のとき、ステップＳ２００では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを取得して、この中点電位差ＶｃをＲＡＭ６３上に設けた接触燃焼積分値ＳａTSに積算する。その後、所定のサンプリング間隔時間（例えば、１ｍ秒）が経過するまで待つ。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＴ２１０に進む。吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝１（２回目のループ処理）のとき、ステップＳ２００では、計装アンプ６で増幅されるとともにＡ／Ｄコンバータ７でデジタル信号に変換された中点電位差Ｖｃを取得して、この中点電位差ＶｃをＲＡＭ６３上に設けた接触燃焼積分値ＳａTLに積算する。その後、所定のサンプリング間隔時間（例えば、１ｍ秒）が経過するまで待つ。そして、サンプリング間隔時間が経過した後、ステップＴ２１０に進む。
【００８０】
吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０（１回目のループ処理）のとき、ステップＳ２１０では、ステップＳ１９０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された燃焼時間Ａ１（例えば、４００ｍ秒）が経過するまで、ステップＳ２００での接触燃焼積分値ＳａTSの積算を繰り返し（Ｓ２１０でＮ）、そして、燃焼時間Ａ１が経過した後、ステップＳ２２０に進む（Ｓ２１０でＹ）。吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝１（２回目のループ処理）のとき、ステップＳ２１０では、ステップＳ１９０で電圧制御信号を送信してからＥＥＰＲＯＭ６４に予め設定された燃焼時間Ａ１（例えば、４００ｍ秒）が経過するまで、ステップＳ２００での接触燃焼積分値ＳａTLの積算を繰り返し（Ｓ２１０でＮ）、そして、燃焼時間Ａ１が経過した後、ステップＳ２２０に進む（Ｓ２１０でＹ）。
【００８１】
吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝０（１回目のループ処理）のとき、ステップＳ２２０では、吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値ＳａTSを差し引いた値をＲＡＭ６３上に設けた吸着ピーク積分値ＳTSに格納する。そして、吸着ピーク積分値算出回数ｎを１増加した後、ステップＳ２３０に進む。吸着ピーク積分値算出回数ｎ＝１（２回目のループ処理）のとき、ステップＳ２２０では、吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値ＳａTLを差し引いた値をＲＡＭ６３上に設けた吸着ピーク積分値ＳTLに格納する。そして、吸着ピーク積分値算出回数ｎを１増加した後、ステップＳ２３０に進む。
【００８２】
ステップＳ２３０では、吸着ピーク積分値算出回数ｎが２でないとき、ステップＳ１７０に戻り、接触燃焼積分値Ｓａ及び吸着燃焼積分値Ｓｂの算出処理を再度行い（Ｓ２３０でＮ）、吸着ピーク積分値算出回数ｎが２のとき、ステップＳ２４０に進む（Ｓ２３０でＹ）。
【００８３】
ステップＳ２４０では、非吸着時間ａ１に対する吸着ピーク積分値Ｓの傾きＫ（即ち、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫ）を算出する。具体的には、吸着ピーク積分値ＳTSから吸着ピーク積分値ＳTLを差し引いた差分値（実質的には、接触燃焼積分値ＳａTSから接触燃焼積分値ＳａTLを差し引いた差分値）を傾きＫとしている。数学的には、傾きＫは、吸着ピーク積分値ＳTSから吸着ピーク積分値ＳTLを差し引いた差分値ΔＳを、非吸着時間ａ１TSから非吸着時間ａ１TLを差し引いた差分値Δａ１で除して算出する必要があるが、傾きは単位時間当たりの変化量であるので、差分値Δａ１を単位時間として、後述する故障判定値Ｆ及び補正情報Ｊにおいてもこの差分値Δａ１を単位時間とすることで、ΔＳを傾きＫとみなすことができる。もちろん、ΔＳをΔａ１で除した値を傾きとして用いてもよい。そして、ステップＳ２５０に進む。
【００８４】
ステップＳ２５０では、ステップＳ２４０で算出した傾きＫと、予め設定された故障判定値Ｆとを比較して、傾きＫが故障判定値Ｆ以上のとき（即ち、故障条件を満足するとき）、ガスセンサユニット１５に故障が生じたものとしてステップＳ２６０に進み（Ｓ２５０でＹ）、傾きＫが故障判定値Ｆ未満のとき、吸着燃焼式ガスセンサは故障がなく正常なものとしてステップＳ２７０に進む（Ｓ２５０でＮ）。
【００８５】
ステップＳ２６０では、ガスセンサユニット１５に故障が生じたことを示す故障情報を含む表示制御信号を生成して、表示装置に対して送信する。そして、本フローチャートを終了する。
【００８６】
ステップＳ２７０では、吸着ピーク積分値ＳTL（即ち、ガスセンサユニット１５の出力）を補正する。具体的には、ＥＥＰＲＯＭ６４には、例えば、予備測定やシミュレーションなどによって予め取得された、傾きＫと吸着ピーク積分値ＳTLの補正量Ｈとの関係についての変換テーブルである、補正情報Ｊが格納されており、この補正情報ＪにステップＳ２４０で算出した傾きＫを当てはめて得た補正量Ｈを、吸着ピーク積分値ＳTLに加算する。または、補正情報Ｊを、傾きＫに対する吸着ピーク積分値ＳTLの補正係数Ｉとし、この補正係数Ｉを、吸着ピーク積分値ＳTLに乗じる等して補正してもよい。そして、ステップＳ２８０に進む。
【００８７】
ステップＳ２８０では、ステップＳ２７０で補正した吸着ピーク積分値ＳTLを、ＥＥＰＲＯＭ６４上に予め格納された、予備測定やシミュレーションなどによって取得された吸着ピーク積分値ＳTLとガス濃度の関係についての変換テーブルである濃度情報Ｄに当てはめて、被検ガス中の検出対象ガスのガス濃度を求め、このガス濃度についての情報を含む表示制御信号を生成して、表示装置に対して送信する。そして、本フローチャートの処理を終了する。
【００８８】
上述したステップＳ１７０、Ｓ１８０、Ｓ１９０、Ｓ２１０が、請求項中の駆動制御手段に相当し、ステップＳ２００が、請求項中の出力測定手段に相当し、ステップＳ２４０が、請求項中の傾き算出手段に相当し、ステップＳ２５０、Ｓ２６０が、故障通知手段に相当し、ステップＳ２７０が、請求項中の出力補正手段に相当する。
【００８９】
次に、上述したガス濃度検出装置１における本発明に係る動作（作用）について説明する。
【００９０】
ガス濃度検出装置１は、気体収容室内に被検ガスを充填した後、各種変数を初期化する（Ｓ１１０）。そして、ガスセンサユニット１５に対して、吸着時間ｂ１にわたって低温駆動制御を行い（Ｓ１２０、Ｓ１３０）、続いて、燃焼時間Ｂ１にわたって高温駆動制御を行う（Ｓ１４０、Ｓ１６０）。このとき、燃焼時間Ｂ１におけるガスセンサユニット１５の出力を取得して吸着燃焼積分値Ｓｂを算出する（Ｓ１５０）。
【００９１】
そして、ガスセンサユニット１５に対して、比較的短い非吸着時間ａ１TSにわたって低温駆動制御を行い（Ｓ１７０、Ｓ１８０）、続いて、燃焼時間Ａ１にわたって高温駆動制御を行う（Ｓ１９０、Ｓ２１０）。このとき、燃焼時間Ａ１におけるガスセンサユニット１５の出力を取得して接触燃焼積分値ＳａTSを算出する（Ｓ２００）。そして、吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値ＳａTSを差し引いて、吸着ピーク積分値ＳTSを算出する（Ｓ２２０）。
【００９２】
そして、上記吸着ピーク積分値ＳTSの算出に続いて、ガスセンサユニット１５に対して、比較的長い非吸着時間ａ１TLにわたって低温駆動制御を行い（Ｓ１７０、Ｓ１８０）、続いて、燃焼時間Ａ１にわたって高温駆動制御を行う（Ｓ１９０、Ｓ２１０）。このとき、燃焼時間Ａ１におけるガスセンサユニット１５の出力を取得して接触燃焼積分値ＳａTLを算出する（Ｓ２００）。そして、吸着燃焼積分値Ｓｂから接触燃焼積分値ＳａTLを差し引いて、吸着ピーク積分値ＳTLを算出する（Ｓ２２０）。
【００９３】
そして、上記算出した吸着ピーク積分値ＳTSと吸着ピーク積分値ＳTLと（即ち、接触燃焼積分値ＳａTSと接触燃焼積分値ＳａTLと）から傾きＫを算出する（Ｓ２４０）。そして、この傾きＫに基づいて、ガスセンサユニット１５の故障の有無を判定し、故障ありと判定すると（Ｓ２５０でＹ）、表示装置に故障の旨を表示し（Ｓ２６０）、故障なしと判定すると（Ｓ２５０でＮ）、吸着ピーク積分値ＳTLを補正したのち（Ｓ２７０）、この補正した吸着ピーク積分値ＳTLに基づいて、ガス濃度を求めて、表示装置に出力する（Ｓ２８０）。このようにして、ガス濃度検出装置１におけるガス濃度検出が行われる。図５に、上記ガス濃度検出処理でのガスセンサユニット１５の駆動制御のイメージを示す。つまり、本実施形態では、非吸着時間ａ１にわたる低温駆動制御及び該低温駆動制御に続き燃焼時間Ａ１にわたる高温駆動制御からなる一連の駆動制御を、非吸着時間ａ１が互いに異なるように順次変更しながら連続して２回行う。
【００９４】
以上より、本実施形態によれば、感応素子１１の温度が前記高温にされた後のガスセンサユニット１５に対して、感応素子１１の温度を互いに異なる複数の非吸着時間ａ１TS、ａ１TLから選択された１つの非吸着時間ａ１にわたり前記低温にして、続いて、感応素子１１の温度を燃焼時間Ａ１にわたり前記高温にする。そして、このときの感応素子１１の温度が高温にされる毎に接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTL（即ち、ガスセンサユニット１５の出力）を測定する。そして、互いに異なる非吸着時間ａ１TS、ａ１TLが選択されたそれぞれの場合において測定された複数の接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLから、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出する。
【００９５】
この傾きＫは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、感応素子１１の被毒量、即ち、劣化度合に応じて一定の値になるとともに、劣化度合に応じて絶対値が大きくなるものである。また、この傾きＫは、２つの接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLの差分をとることで算出されるが、これら２つの接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLは短い時間間隔（数ｍ秒〜数百ｍ秒）で測定されるものであり、そして、これら２つの接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLの差分をとることで、環境条件に係る接触燃焼積分値を相殺して、感応素子１１の劣化度合に係る接触燃焼積分値のみを取り出すことができる。
【００９６】
また、感応素子１１の温度を低温にした後高温にする一連の動作（駆動制御）を、非吸着時間ａ１が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行う。
【００９７】
また、非吸着時間ａ１の長さを、感応素子１１に検出対象ガスが吸着しない長さ（非吸着時間ａ１TS、ａ１TL）にして、この非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出する。
【００９８】
また、ガスセンサユニット１５における非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫと吸着ピーク積分値ＳTLの補正量Ｈ（即ち、出力補正量）との関係を示す補正情報Ｊが予め記憶されており、この補正情報Ｊと算出された傾きＫとに基づいて、吸着ピーク積分値ＳTL（即ち、ガスセンサユニット１５の出力）を補正する。
【００９９】
また、算出された傾きＫが予め定められた故障条件を満たすとき、ガスセンサユニット１５の故障を通知する。
【０１００】
以上より、本発明によれば、感応素子１１の温度が前記高温にされた後のガスセンサユニット１５に対して、感応素子１１の温度を互いに異なる複数の非吸着時間ａ１TS、ａ１TLから選択された１つの非吸着時間ａ１にわたり前記低温にして、続いて、感応素子１１の温度を燃焼時間Ａ１にわたり前記高温にして、そして、このとき感応素子１１の温度が高温にされる毎に接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTL（即ち、ガスセンサユニット１５の出力）を測定して、そして、互いに異なる非吸着時間ａ１TS、ａ１TLが選択されたそれぞれの場合において測定された複数の接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLから、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出するので、この傾きＫは、検出対象ガスの濃度にかかわらず、感応素子１１の被毒量、即ち、劣化度合に応じて一定の値になるとともに、劣化度合に応じて絶対値が大きくなるものであり、また、環境条件に係る接触燃焼積分値分を含まず且つ感応素子１１の劣化度合に係る接触燃焼積分値分のみを含むものであり、そのため、この傾きＫを、感応素子１１の劣化度合を示す指標として用いることで、検出対象ガスの濃度にかかわらず、該劣化度合を正確に把握することができる。また、標準ガスを用いることなく劣化度合を把握することができるので、連続してガス検出ができる。
【０１０１】
また、感応素子１１の温度を低温にした後高温にする一連の動作を、非吸着時間ａ１が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行うので、互いに異なる非吸着時間ａ１TS、ａ１TLが選択されたそれぞれの場合において行われる接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLの測定の間隔を短くすることができ、そのため、環境条件の変化の影響をより受けにくくすることができる。
【０１０２】
また、非吸着時間ａ１を、感応素子１１に前記検出対象ガスが吸着しない長さ（非吸着時間ａ１TS、ａ１TL）にして、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出するので、吸着性を有する検出対象ガスを検出するガスセンサユニット１５の劣化度合を正確に把握することができる。
【０１０３】
また、ガスセンサユニット１５における傾きＫと吸着ピーク積分値ＳTLの補正量Ｈとの関係を示す補正情報Ｊが予め記憶されており、この補正情報Ｊと算出された傾きＫとに基づいて、吸着ピーク積分値ＳTLを補正するので、高精度なガス検出ができる。
【０１０４】
また、算出された傾きＫが予め定められた故障条件を満たすとき、ガスセンサユニット１５の故障を通知するので、ガスセンサユニット１５の故障を検出して、故障したガスセンサユニット１５が継続使用されることを防止できる。
【０１０５】
また、ガス濃度検出動作の都度、傾きＫを算出して、この算出した傾きＫを用いて吸着ピーク積分値ＳTLを補正するので、一定周期毎に傾きＫを算出するような構成に比べて、リアルタイムでガスセンサユニット１５の劣化度合を把握でき、より高精度なガス濃度検出ができる。
【０１０６】
本実施形態においては、２つの非吸着時間ａ１TS、非吸着時間ａ１TLについて、吸着ピーク積分値ＳTS、吸着ピーク積分値ＳTLを求め、これら傾きＫを算出するものであったが、これに限らず、３つ以上の互いに異なる複数の非吸着時間ａ１について、吸着ピーク積分値Ｓ（即ち、接触燃焼積分値Ｓａ）を求め、最小二乗法などを用いてこれらの傾きＫを算出するようにしてもよい。傾きＫの算出に用いる接触燃焼積分値Ｓａをより増やすことで、傾きＫの精度を向上させることができる。
【０１０７】
また、本実施形態においては、１つの吸着燃焼積分値Ｓｂを測定した後に、連続して２つの接触燃焼積分値ＳａTS、ＳａTLを測定して、これらから２つの吸着ピーク積分値ＳTS、ＳTL、を算出して、これら２つの吸着ピーク積分値ＳTS、ＳTLから傾きＫを算出するものであったが、これに限られるものではない。例えば、図６に示す駆動制御を２回行い、１回目の駆動制御で、吸着燃焼積分値Ｓｂ１とそれに続く接触燃焼積分値Ｓａ１とを算出して、これらから吸着ピーク積分値Ｓ１を算出し、そして、２回目の駆動制御で、吸着燃焼積分値Ｓｂ２とそれに続く接触燃焼積分値Ｓａ２とを算出して、これらから吸着ピーク積分値Ｓ２を算出し、最後に、吸着ピーク積分値Ｓ１と吸着ピーク積分値Ｓ２とから傾きＫを算出するなど、感応素子１１の温度が前記高温にされた後に、前記接触燃焼式ガスセンサに、予め定められた互いに異なる複数の非吸着時間ａ１n（ｎ＝１、２、・・、ｋ、・・、ｌ、・・、ｎ；ｋ≠ｌ）中から選択される１つの低温駆動時間ａ１k、及び、低温駆動時間ａ１lにわたって低温駆動制御を行い、続いて、予め定められた燃焼時間Ａ１にわたって高温駆動制御を行い、そして、このとき高温駆動制御が行われる毎に、接触燃焼積分値Ｓａk、Ｓａlを測定して、そして、互いに異なる非吸着時間ａ１k、ａ１lが選択されたそれぞれの場合に測定した、複数の接触燃焼積分値Ｓａk、Ｓａlに基づいて、非吸着時間ａ１に対する接触燃焼積分値Ｓａの傾きＫを算出するものであれば、傾きＫの算出方法は任意である。この場合、接触燃焼積分値Ｓａk、及び、接触燃焼積分値Ｓａl、の算出間隔が短いほど、環境条件の変化の影響を防ぐことができる。
【０１０８】
また、本実施形態においては、傾きＫに基づいて故障を通知する機能（図４のフローチャートのステップＳ２５０、Ｓ２６０；故障通知手段）、及び、傾きＫに基づいて吸着ピーク積分値Ｓを補正する機能（図４のフローチャートのステップＳ２７０；出力補正手段）、を共に備えるものであったが、これに限らず、どちらか一方の機能のみ備えるものであってもよく、または、これら機能に代えて、傾きＫに基づいて、ガスセンサユニット１５の劣化度合を通知する機能などを備えるものであってもよい。
【０１０９】
また、本実施形態においては、算出した傾きＫに基づいて、ガスセンサユニット１５の出力としての吸着ピーク積分値ＳTLを補正するものであったが、これに限らず、算出した傾きＫに基づいて、吸着ピーク積分値ＳTSを補正してもよく、または、例えば、算出した傾きＫに基づいて、計装アンプ６の出力オフセット機能などによりハードウェア的にガスセンサユニット１５の出力を補正するなど、本発明の目的に反しない限り、その補正方法は任意である。
【０１１０】
また、本実施形態においては、補正情報ＪがＥＥＰＲＯＭ６４に記憶されているものであったが、これに限らず、例えば、ＲＯＭ６２や、外部記憶装置（外付ハードディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ等）に記憶されるなど、本発明の目的に反しない限り、補正情報Ｊを記憶する記憶手段は任意である。
【０１１１】
また、本実施形態では、吸着燃焼式ガスセンサとしてのガスセンサユニット１５を備えるものであったが、これに限らず、非吸着燃焼を行う接触燃焼式ガスセンサを備えるものであってもよい。但し、この接触燃焼式ガスセンサの場合は、吸着燃焼しないので、吸着燃焼積分値Ｓｂは算出せずに上記接触燃焼積分値Ｓａのみ算出して、この接触燃焼積分値Ｓａから傾きＫを算出するようにする。
【０１１２】
また、本実施形態は検出対象ガスの濃度を検出するものであったが、これに限らず、本発明は、成分不明の被検ガスに含まれるガスの種別を検出するガス種別検出装置など、他の種類のガス検出装置に適用してもよい。
【０１１３】
なお、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。
【符号の説明】
【０１１４】
１ ガス濃度検出装置（ガス検出装置）
２ ブリッジ回路
５ 電圧供給源
６ 計装アンプ
１１ 感応素子
１２ 補償素子
１５ ガスセンサユニット（吸着燃焼式ガスセンサ、接触燃焼式ガスセンサ）
６０ ＭＰＵ
６１ ＣＰＵ（駆動制御手段、出力測定手段、傾き算出手段、出力補正手段）
６４ ＥＥＰＲＯＭ（補正情報記憶手段）
ａ１ 非吸着時間（低温駆動時間）
Ａ１ 燃焼時間（高温駆動時間）
ｂ１ 吸着時間
Ｂ１ 燃焼時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象ガスと感応する感応素子を備えるとともに、前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを燃焼しない低温となる低温駆動制御及び前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを燃焼する高温となる高温駆動制御が行われる、接触燃焼式ガスセンサ、を有するガス検出装置において、
前記感応素子の温度が前記高温にされた後に、前記接触燃焼式ガスセンサに、予め定められた互いに異なる複数の低温駆動時間の中から選択される１つの前記低温駆動時間にわたって前記低温駆動制御を行い、続いて、予め定められた高温駆動時間にわたって前記高温駆動制御を行う駆動制御手段と、
前記駆動制御手段によって前記高温駆動制御が行われる毎に、前記接触燃焼式ガスセンサの出力を測定する出力測定手段と、
前記駆動制御手段において互いに異なる前記低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合に、前記出力測定手段によって測定された複数の前記接触燃焼式ガスセンサの出力に基づいて、前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きを算出する傾き算出手段と、を有している
ことを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段が、前記低温駆動制御及び該低温駆動制御に続く前記高温駆動制御からなる一連の駆動制御を、前記低温駆動時間が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行う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】
前記低温駆動時間の長さが、前記感応素子に前記検出対象ガスが吸着しない長さにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記接触燃焼式ガスセンサにおける前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きと出力補正量との関係を示す補正情報を予め記憶する補正情報記憶手段と、
前記傾き算出手段によって算出された前記傾き及び前記補正情報記憶手段に記憶された前記補正情報に基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサの出力を補正する出力補正手段と、を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガス検出装置。
【請求項１】
検出対象ガスと感応する感応素子を備えるとともに、前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを燃焼しない低温となる低温駆動制御及び前記感応素子の温度が前記検出対象ガスを燃焼する高温となる高温駆動制御が行われる、接触燃焼式ガスセンサ、を有するガス検出装置において、
前記感応素子の温度が前記高温にされた後に、前記接触燃焼式ガスセンサに、予め定められた互いに異なる複数の低温駆動時間の中から選択される１つの前記低温駆動時間にわたって前記低温駆動制御を行い、続いて、予め定められた高温駆動時間にわたって前記高温駆動制御を行う駆動制御手段と、
前記駆動制御手段によって前記高温駆動制御が行われる毎に、前記接触燃焼式ガスセンサの出力を測定する出力測定手段と、
前記駆動制御手段において互いに異なる前記低温駆動時間が選択されたそれぞれの場合に、前記出力測定手段によって測定された複数の前記接触燃焼式ガスセンサの出力に基づいて、前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きを算出する傾き算出手段と、を有している
ことを特徴とするガス検出装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段が、前記低温駆動制御及び該低温駆動制御に続く前記高温駆動制御からなる一連の駆動制御を、前記低温駆動時間が互いに異なるように順次変更しながら連続して複数回行う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】
前記低温駆動時間の長さが、前記感応素子に前記検出対象ガスが吸着しない長さにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記接触燃焼式ガスセンサにおける前記低温駆動時間に対する前記出力の傾きと出力補正量との関係を示す補正情報を予め記憶する補正情報記憶手段と、
前記傾き算出手段によって算出された前記傾き及び前記補正情報記憶手段に記憶された前記補正情報に基づいて、前記接触燃焼式ガスセンサの出力を補正する出力補正手段と、を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に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１４】
【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１４】
【公開番号】特開２０１１−１４５０９１（Ｐ２０１１−１４５０９１Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３９９７（Ｐ２０１０−３９９７）
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【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２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１２日（２０１０．１．１２）
【出願人】（０００００６８９５）矢崎総業株式会社 (7,019)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]