(57)【要約】【課題】簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができるようにする。【解決手段】湿度算出部３４によって、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂからの検出値のベース値及びピーク値から、湿度のベース値及びピーク値を算出する。エタノール濃度算出部３２によって、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂからの検出値のベース値及びピーク値から、エタノールガスの濃度のベース値及びピーク値を算出する。エタノール濃度検出部３６によって、算出されたエタノールガスの濃度の変化量、及び算出された湿度の変化量の比率に基づいて、呼気中のエタノールガスの濃度を検出する。【選択図】図４
2010223626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なり、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び前記検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する複数のガスセンサと、
前記複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記湿度に関連する物理量を各々算出する湿度算出手段と、
前記検出値の変化の前後の各々における前記ガスセンサの前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出するガス濃度算出手段と、
前記ガス濃度算出手段によって算出された前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び前記湿度算出手段によって算出された前記湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、前記検出対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段と、
を含むガス検出装置。
【請求項２】
前記湿度算出手段は、前記複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値と、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記湿度に対する出力特性及び前記検出対象ガスの濃度に対する出力特性とに基づいて、前記湿度に関連する物理量を算出する請求項１記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記湿度算出手段は、以下の式に従って、前記湿度に関連する物理量を算出する請求項２記載のガス検出装置。
【数１】
2010223626.tif 000009
ただし、ＧＡ、ＧＢは、前記複数のガスセンサの各々の検出値であり、［Ｈｕｍｉ］は湿度に関連する物理量であり、ａＡ、ａＢは、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記検出対象ガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｂＡ、ｂＢは、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｃＡ、ｃＢは、定数である。
【請求項４】
前記ガス濃度算出手段は、複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値と、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記湿度に対する出力特性及び前記検出対象ガスの濃度に対する出力特性とに基づいて、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出する請求項１〜請求項３の何れか1項記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記ガス濃度算出手段は、以下の式に従って、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出する請求項４記載のガス検出装置。
【数２】
2010223626.tif 000010
ただし、ＧＡ、ＧＢは、前記複数のガスセンサの各々の検出値であり、［Ｇａｓ］は前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量であり、ａＡ、ａＢは、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記検出対象ガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｂＡ、ｂＢは、前記複数のガスセンサの各々について予め求められた前記湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｃＡ、ｃＢは、定数である。
【請求項６】
前記湿度算出手段は、前記複数のガスセンサの各々の前記検出値の変化する前のベース値に基づいて、前記検出値が変化する前における前記湿度に関連する物理量のベース値を算出し、前記複数のガスセンサの各々の前記検出値が変化してピークとなったときのピーク値に基づいて、前記検出値が変化してピークとなったときの前記湿度に関連する物理量を算出し、
前記ガス濃度算出手段は、前記ガスセンサの前記検出値の変化する前のベース値に基づいて、前記検出値が変化する前における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出し、前記ガスセンサの前記検出値が変化してピークとなったときのピーク値に基づいて、前記検出値が変化してピークとなったときの前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出する請求項１〜請求項５の何れか１項記載のガス検出装置。
【請求項７】
前記検出対象ガスをエタノールガスとした請求項１〜請求項６の何れか１項記載のガス検出装置。
【請求項８】
前記ガスセンサを、酸化物半導体ガスセンサとした請求項１〜請求項７の何れか１項記載のガス検出装置。
【請求項９】
コンピュータを、
検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なり、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び前記検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記湿度に関連する物理量を各々算出する湿度算出手段、
前記検出値の変化の前後の各々における前記ガスセンサの前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出するガス濃度算出手段、及び
前記ガス濃度算出手段によって算出された前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び前記湿度算出手段によって算出された前記湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、前記検出対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置及びプログラムに係り、特に、運転者の呼気に含まれるアルコールの濃度を検出することができるガス検出装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アルコール濃度検出装置に関し、２つのアルコールセンサを用い、初期ドリフト及び過渡ドリフトの影響などの誤差を補正する技術が知られている（特許文献１）。この技術では、呼気を含んだ空気と呼気を遮断した空気を取り込み、２つのセンサの出力値偏差から、呼気中のアルコール濃度のセンサ出力誤差を補正している。
【０００３】
また、酸化物半導体式ガスセンサを用いる場合、環境湿度による感度変化が大きいいため、湿度センサを使用して、湿度影響を補正する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２２５２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１に記載の技術では、アルコールセンサが、湿度に対しても影響を受けるため、呼気を遮断した空気に対するセンサ出力を基準としても、呼気入力による湿度の変化を補正することができないため、精度よくガス濃度を検出することができない、という問題がある。
【０００６】
また、湿度センサを用いて補正を行う技術では、湿度センサが必要になるため、コストがかかってしまう、という問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができるガス検出装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のガス検出装置は、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なり、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び前記検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する複数のガスセンサと、前記複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記湿度に関連する物理量を各々算出する湿度算出手段と、前記検出値の変化の前後の各々における前記ガスセンサの前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出するガス濃度算出手段と、前記ガス濃度算出手段によって算出された前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び前記湿度算出手段によって算出された前記湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、前記検出対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段とを含んで構成されている。
【０００９】
本発明のプログラムは、コンピュータを、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なり、前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び前記検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する複数のガスセンサの各々により出力された前記検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記湿度に関連する物理量を各々算出する湿度算出手段、前記検出値の変化の前後の各々における前記ガスセンサの前記検出値に基づいて、前記検出値の変化の前後の各々における前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出するガス濃度算出手段、及び前記ガス濃度算出手段によって算出された前記検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び前記湿度算出手段によって算出された前記湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、前記検出対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段として機能させるためのプログラムである。
【００１０】
本発明によれば、検出対象の気体中に含まれる検出対象ガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、前記水蒸気に対する感度が各々異なる複数のガスセンサによって、検出対象ガスの濃度に関連する物理量及び検出対象の気体の湿度に関連する物理量に対応した物理量を検出して検出値を出力する。
【００１１】
湿度算出手段によって、複数のガスセンサの各々により出力された検出値の変化の前後の各々における前記検出値に基づいて、検出値の変化の前後の各々における湿度に関連する物理量を各々算出する。ガス濃度算出手段によって、検出値の変化の前後の各々におけるガスセンサの検出値に基づいて、検出値の変化の前後の各々における検出対象ガスの濃度に関連する物理量を各々算出する。
【００１２】
そして、ガス濃度検出手段によって、ガス濃度算出手段によって算出された検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び湿度算出手段によって算出された湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、検出対象ガスの濃度を検出する。
【００１３】
このように、複数のガスセンサの各々により出力された検出値に基づいて湿度に関連する物理量を各々算出すると共に、検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、検出対象ガスの濃度を検出することにより、簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができる。
【００１４】
本発明に係る湿度算出手段は、複数のガスセンサの各々により出力された検出値と、複数のガスセンサの各々について予め求められた湿度に対する出力特性及び検出対象ガスの濃度に対する出力特性とに基づいて、湿度に関連する物理量を算出することができる。
【００１５】
また、湿度算出手段は、以下の式に従って、湿度に関連する物理量を算出することができる。
【００１６】
【数１】
2010223626.tif 000003
【００１７】
ただし、ＧＡ、ＧＢは、複数のガスセンサの各々の検出値であり、［Ｈｕｍｉ］は湿度に関連する物理量であり、ａＡ、ａＢは、複数のガスセンサの各々について予め求められた検出対象ガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｂＡ、ｂＢは、複数のガスセンサの各々について予め求められた湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｃＡ、ｃＢは、定数である。
【００１８】
本発明に係るガス濃度算出手段は、複数のガスセンサの各々により出力された検出値と、複数のガスセンサの各々について予め求められた湿度に対する出力特性及び検出対象ガスの濃度に対する出力特性とに基づいて、検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出することができる。
【００１９】
また、ガス濃度算出手段は、以下の式に従って、検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出することができる。
【００２０】
【数２】
2010223626.tif 000004
【００２１】
ただし、［Ｇａｓ］は検出対象ガスの濃度に関連する物理量である。
【００２２】
本発明に係る湿度算出手段は、複数のガスセンサの各々の検出値の変化する前のベース値に基づいて、検出値が変化する前における湿度に関連する物理量のベース値を算出し、複数のガスセンサの各々の検出値が変化してピークとなったときのピーク値に基づいて、検出値が変化してピークとなったときの湿度に関連する物理量を算出し、ガス濃度算出手段は、ガスセンサの検出値の変化する前のベース値に基づいて、検出値が変化する前における検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出し、ガスセンサの検出値が変化してピークとなったときのピーク値に基づいて、検出値が変化してピークとなったときの検出対象ガスの濃度に関連する物理量を算出することができる。
【００２３】
上記の検出対象ガスをエタノールガスとすることができる。上記のガスセンサを、酸化物半導体ガスセンサとすることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように本発明によれば、複数のガスセンサの各々により出力された検出値に基づいて湿度に関連する物理量を各々算出すると共に、検出対象ガスの濃度に関連する物理量の変化量、及び湿度に関連する物理量の変化量の比率に基づいて、検出対象ガスの濃度を検出することにより、簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、検出対象のガス成分の濃度を精度よく検出することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施の形態のエタノール濃度検出装置を運転席のステアリングコラムに取り付けた状態を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態を示す概略図である。
【図３】アルコールセンサ及びガスセンサの構成を示す回路図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態のエタノール濃度判定器の構成を示すブロック図である。
【図５】（Ａ）アルコールセンサのガス濃度及び湿度とセンサ出力との関係を示すグラフ、及び（Ｂ）ガスセンサのガス濃度及び湿度とセンサ出力との関係を示すグラフである。
【図６】湿度推定値と設定された湿度との関係を示すグラフである。
【図７】エタノールガスの濃度の変化量及び湿度の変化量の比率と、エタノールガスの濃度との関係を示すグラフである。
【図８】アルコールセンサ及びガスセンサからの検出信号のベース値及びピーク値を示すグラフである。
【図９】本発明の第１の実施の形態のエタノール濃度判定器におけるエタノール濃度検出処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１０】センサ定量値と実際のガス濃度との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態のエタノール濃度判定器におけるエタノール濃度検出処理ルーチンの内容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】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本実施の形態では、ドライバの呼気からアルコールの一種であるエタノールの濃度を検出するエタノール濃度検出装置に、本発明を適用した場合を例に説明する。
【００２７】
図１に示すように、第１の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置１０は、運転席に設けられたステアリングコラム１２の、ドライバの呼気が到達可能な位置に取り付けられている。エタノール濃度検出装置１０は、先端部に拡径した吸い込み口２０Ａが形成された細長円筒状の呼気導入管２０を備えており、呼気導入管２０の中間部の内部には、センサ群２４が取り付けられている。
【００２８】
図２に示すように、センサ群２４は、呼気導入管２０の中間部の内部に対向するように取り付けられた、アルコールセンサ２４Ａと多くの種類のガス成分に感度を有するガスセンサ２４Ｂとで構成されている。 
【００２９】
アルコールセンサ２４Ａは、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスを検出するセンサであり、エタノールガス及び水蒸気に感度を有する。アルコールセンサ２４Ａとして、例えば、酸化錫の半導体を用いたＴＧＳ８２２（フィガロ技研社製、商品名）を使用することができる。
【００３０】
ガスセンサ２４Ｂは、目的成分（エタノール）のガス成分及び水蒸気に対する感度（変化特性）が、アルコールセンサ２４Ａと異なり、エタノールガス及び水蒸気を含む多くの種類のガス成分に感度を有している。ガスセンサ２４Ｂとしては、例えば、空気質センサ（空気の汚れを検知するセンサ）を用いることができ、ＴＧＳ２６００（フィガロ技研社製、商品名）を使用することができる。
【００３１】
また、呼気導入管２０の内部であって、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂより吸い込み口２０Ａ側には、ドライバの呼気を吸い込み口２０Ａから吸い込むために駆動される吸い込みファン２２が設けられている。
【００３２】
アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂは、図３に示すような回路で構成されている。アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂでは、ヒーター電圧ＶＨとセンサ電源ＶＣが印加され、センサ素子ＲＳに直列に接続された負荷抵抗ＲＬの両端電圧（センサ出力電圧）ＶＳを、検出信号として出力する。従って、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂは、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が高くなるに従って、センサ素子の抵抗値が変化するため、レベルが高い検出信号を出力し、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度が低くなるに従って、センサ素子の抵抗値が変化するため、レベルが低い検出信号を出力する。また、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂは、呼気導入管２０内を流れる気体の湿度が高くなるに従って、センサ素子の抵抗値が変化するため、レベルが高い検出信号を出力し、呼気導入管２０内を流れる気体の湿度が低くなるに従って、センサ素子の抵抗値が変化するため、レベルが低い検出信号を出力する。
【００３３】
この実施の形態によれば、吸い込みファン２２を駆動することにより、ドライバから吐き出された呼気は呼気導入管２０の吸い込み口２０Ａから呼気導入管２０内に吸入されると共に、呼気が空気と混合されることで任意に希釈され、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂへ一定流速で到達する。そして、呼気は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに接触した後、呼気導入管２０の外に排出される。
【００３４】
アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに感度を有するガス成分（エタノールガスや水蒸気）がアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに接触することにより、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂによって気体中のガス成分の濃度に応じた検出信号が出力される。アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂから出力された検出信号は、後述するエタノール濃度判定器に入力され、入力された検出信号に基づいて、検出対象のガス成分としてのエタノールガス成分の濃度が検出される。なお、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂから出力された検出信号は、エタノール濃度判定器によって、一定間隔で同時に取り込まれる。
【００３５】
図４に示すように、エタノール濃度検出装置１０は、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂに接続され、かつ、エタノールガス成分の濃度を検出して、表示装置４０に表示させるエタノール濃度判定器３０を備えている。
【００３６】
エタノール濃度判定器３０は、ＣＰＵ、後述するエタノール濃度検出処理ルーチンを実現するためのプログラムを記憶したＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、及びＨＤＤ等の記憶装置を備えたコンピュータで構成されている。エタノール濃度判定器３０を以下で説明するエタノール濃度検出処理ルーチンに従って機能ブロックで表すと、図４に示すように、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号及びガスセンサ２４Ｂからの検出信号に基づいて、エタノールガスの濃度のベース値及びピーク値を算出するエタノール濃度算出部３２と、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号及びガスセンサ２４Ｂからの検出信号に基づいて、湿度のベース値及びピーク値を算出する湿度算出部３４と、算出されたエタノールガスの濃度の変化量、及び算出された湿度の変化量の比率に基づいて、呼気導入管２０内を流れる気体中のエタノールガスの濃度を算出して、表示装置４０に出力するエタノール濃度検出部３６とを備えている。
【００３７】
次に、本実施の形態におけるエタノールガス濃度及び湿度を算出する原理について説明する。
【００３８】
まず、酸化物半導体式ガスセンサであるアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂでは、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、センサ出力が、環境湿度の影響を受けるため、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂのセンサ出力(ＧＡ，ＧＢ:コンダクタンス)を対数変換した値は、ガス濃度(［ＥｔＯＨ］)と湿度(［Ｈｕｍｉ］）とにより、以下の（１）式で表される。
【００３９】
【数３】
2010223626.tif 000005
【００４０】
ただし、ａＡは、アルコールセンサ２４Ａについて予め求められたエタノールガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｂＡは、アルコールセンサ２４Ａについて予め求められた湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｃＡは、定数である。また、ａＢは、ガスセンサ２４Ｂについて予め求められたエタノールガスの濃度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｂＢは、ガスセンサ２４Ｂについて予め求められた湿度に対する出力特性に応じたパラメータであり、ｃＢは、定数である。なお、これらのパラメータは、実験ガスなどを用いて事前に上記図５のような出力特性を測定して、求めておけばよい。
【００４１】
上記（１）式で表されるように、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂは、エタノールガスの濃度及び湿度に対応した物理量を検出して検出値を出力する。
【００４２】
ここで、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂが湿度にも安定して応答するという特性から、特性の異なる２つのセンサの同じ湿度環境におけるセンサ出力を用いると、上記（１）式より、湿度を対数変換した値が、以下の（２）式、（３）式で表される。
【００４３】
【数４】
2010223626.tif 000006
【００４４】
ただし、ｄ、ｅ、ｆは、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々のエタノールガスの濃度に対する出力特性、及び湿度に対する出力特性に応じて予め求められたパラメータである。
【００４５】
上記（３）式に従ってセンサ出力値から算出された湿度推定値と、実際の設定湿度とを比較すると、図６に示すような関係が得られ、上記（３）式を用いて湿度値を精度よく推定可能であることが分かる。
【００４６】
また、上記（１）式より、以下の（４）式が得られる。
【００４７】
【数５】
2010223626.tif 000007
【００４８】
上記（３）式、（４）式より、以下の（５）式が得られる。
【００４９】
【数６】
2010223626.tif 000008
【００５０】
エタノール濃度算出部３２は、呼気入力前（検出信号の変化前）のアルコールセンサ２４Ａのセンサ出力ＧＡのベース値、及びガスセンサ２４Ｂのセンサ出力ＧＢのベース値に基づいて、上記（５）式に従って、呼気入力前（検出信号の変化前）のエタノールガスの濃度のベース値を算出する。また、エタノール濃度算出部３２は、呼気入力後（検出信号の変化後）のアルコールセンサ２４Ａのセンサ出力ＧＡのピーク値、及びガスセンサ２４Ｂのセンサ出力ＧＢのピーク値に基づいて、上記（５）式に従って、呼気入力後（検出信号の変化後）のエタノールガスの濃度のピーク値を算出する。
【００５１】
なお、エタノールガスの濃度のベース値として、例えば、呼気入力前の任意区間の平均値又は最小値を用いる。また、エタノールガスの濃度のピーク値として、呼気入力後の任意区間の最大値を用いる。
【００５２】
湿度算出部３４は、呼気入力前のアルコールセンサ２４Ａのセンサ出力ＧＡのベース値、及びガスセンサ２４Ｂのセンサ出力ＧＢのベース値に基づいて、上記（３）式に従って、呼気入力前の湿度のベース値を算出する。また、エタノール濃度算出部３２は、呼気入力後のアルコールセンサ２４Ａのセンサ出力ＧＡのピーク値、及びガスセンサ２４Ｂのセンサ出力ＧＢのピーク値に基づいて、上記（３）式に従って、呼気入力後の湿度のピーク値を算出する。
【００５３】
なお、湿度のベース値として、例えば、呼気入力前の任意区間の平均値又は最小値を用いる。また、湿度のピーク値として、呼気入力後の任意区間の最大値を用いる。
【００５４】
次に、本実施の形態におけるエタノールガスの濃度を検出する原理について説明する。
【００５５】
まず、エタノールガスの濃度を検出する場合には、被検出ガス中の呼気量の変動による影響を補正する必要がある。この吸入呼気量の変動による影響を補正するためには、呼気量に比例する物質の濃度を測定するのがよいが、そのような物質としては水蒸気が好適である。人の呼気中に含まれる水分量はほぼ一定であり、通常３４℃の飽和蒸気圧に相当する。したがって、図７に示すように、エタノールガスの濃度と、（エタノールガスの濃度／湿度）とは、比例関係にある。そして、この比例関係は、呼気が空気中で希釈された場合でも変わらないと考えられるので、この比率、すなわちエタノールガスの濃度の変化量（Δエタノール）と湿度の変化量（Δ湿度）との比率（Δエタノール／Δ湿度）が測定できれば、図７に示す、ΔエタノールとΔ湿度との比率、及びエタノールガスの濃度との関係に基づいて、呼気中のエタノールガスの濃度を検出することができる。
【００５６】
上記図７に示す関係の傾きは、呼気中の水蒸気濃度の逆数に相当する。呼気中の水蒸気濃度として、例えば３４℃における飽和水蒸気圧（４０．０４／ｍｇＨｇもしくは５５，６１５ｐｐｍ）を採用すれば、傾きは１／４０．０４（ｍｇＨｇ）−１もしくは１／５５，６１５（ｐｐｍ−１）となる。
【００５７】
このように、湿度を測定し、エタノールガスの濃度を、Δエタノール／Δ湿度の関数として求めることにより、被検出ガス中の呼気量の変動の影響を補正することが可能となる。また、湿度の変化による影響を除去して、エタノールガスの濃度を検出することが可能となる。
【００５８】
エタノール濃度検出部３６は、図８に示すように、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々のセンサ出力のベース値に基づいて算出されたエタノールガスの濃度及び各センサ出力のピーク値に基づいて算出されたエタノールガスの濃度から、エタノールガスの濃度の変化量を算出する。また、エタノール濃度検出部３６は、各センサ出力のベース値に基づいて算出された湿度及び各センサ出力のピーク値に基づいて算出された湿度から、湿度の変化量を算出する。エタノール濃度検出部３６は、算出されたエタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率と、上記図７に示すような、予め求められた変化量の比率とエタノールガスの濃度との予め用意された対応関係とに基づいて、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガス成分の濃度を検出する。
【００５９】
次に、第１の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置１０の作用について説明する。ドライバが車両シートに着座すると、ドライバの呼気が呼気導入管２０に吹き込まれる状態となり、ドライバによってイグニッションスイッチがオンされると、エタノール濃度検出装置１０のエタノール濃度判定器３０において、図９に示すエタノール濃度検出処理ルーチンが実行される。
【００６０】
まず、ステップ１００において、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々から検出信号を取得し、ステップ１０２において、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号の変化から、呼気が呼気導入管２０内に導入されたか否かを判定する。所定量未満の検出信号の変化量が検知されると、呼気が呼気導入管２０内に導入されていないと判断し、ステップ１０４において、上記ステップ１００で取得したアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号に基づいて、上記（５）式に従って、呼気入力前のベース値としてエタノールガスの濃度を算出して、記憶する。次のステップ１０６では、上記ステップ１００で取得したアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号に基づいて、上記（３）式に従って、呼気入力前のベース値として湿度を算出して、記憶し、上記ステップ１００へ戻る。
【００６１】
上記ステップ１０２で、所定量以上の検出信号の変化量が検知されると、呼気が呼気導入管２０内に導入されてガス成分に変化が生じたと判断し、ステップ１０８において、上記ステップ１００で取得したアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号のピーク値に基づいて、上記（５）式に従って、呼気入力後のピーク値としてエタノールガスの濃度を算出して、記憶する。次のステップ１１０では、上記ステップ１００で取得したアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号のピーク値に基づいて、上記（３）式に従って、呼気入力後のピーク値として湿度を算出して、記憶する。
【００６２】
そして、ステップ１１２において、上記ステップ１０４、１０８で算出されたエタノールガスの濃度のベース値、ピーク値から得られるエタノールガスの濃度の変化量と、上記ステップ１０６、１１０で算出された湿度のベース値、ピーク値から得られる湿度の変化量とに基づいて、エタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率を求める。そして、エタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率、及びエタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率とエタノールガスの濃度との対応関係に基づいて、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度を検出する。
【００６３】
次のステップ１１４では、上記ステップ１１２で検出されたエタノールガスの濃度を表示装置４０に表示させて、エタノール濃度検出処理ルーチンを終了する。
【００６４】
上記のエタノール濃度検出処理ルーチンにより検出されたエタノールガスの濃度（センサ定量値）と、実際のエタノールガスの濃度とを比較すると、図１０に示すように、湿度センサを用いずに、精度よくエタノールガスの濃度を検出できていることがわかった。
【００６５】
以上説明したように、第１の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置によれば、アルコールセンサ及びガスセンサの各々により出力された検出値に基づいて湿度を各々算出すると共に、エタノールガスの濃度の変化量、及び湿度の変化量の比率に基づいて、呼気中のエタノールガスの濃度を検出することにより、湿度センサを使わない簡易な構成で、湿度の変化の影響を低減して、呼気中のエタノールガスの濃度を精度よく検出することができる。また、呼気導入管内を流れる呼気量の変動の影響を補正して、呼気中のエタノールガスの濃度を精度よく検出することができる。
【００６６】
酸化物半導体式ガスセンサでは、環境湿度によりセンサ出力（抵抗値変化）が影響を受けるが、このセンサが湿度に安定して応答するという特性を利用し、特性の異なる２つのセンサを用いることで、２つのセンサの出力特性から、湿度を精度よく推定することができる。また、湿度センサを用いずに済むため、コストの低減やセンサの小型化を図ることができる。
【００６７】
また、飲酒ドライバの自動車運転防止を目的に、簡便に精度よく、呼気アルコール濃度を検出することができる。
【００６８】
次に、第２の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置について説明する。なお、第２の実施の形態に係るエタノール濃度検出装置は、第１の実施の形態と同様の構成となっているため、同一符号を付して説明を省略する。
【００６９】
第２の実施の形態では、呼気が入力された後に、エタノールガスの濃度及び湿度について、ピーク値と共にベース値を算出している点が、第１の実施の形態と主に異なっている。
【００７０】
第２の実施の形態に係るエタノール濃度検出処理ルーチンについて図１１を用いて説明する。なお、第１の実施の形態と同様の処理については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７１】
まず、ステップ２００において、アルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々から検出信号を取得してメモリ（図示省略）に記憶し、ステップ１０２において、アルコールセンサ２４Ａからの検出信号の変化から、呼気が呼気導入管２０内に導入されたか否かを判定する。所定量未満の検出信号の変化量が検知されると、上記ステップ２００へ戻るが、一方、所定量以上の検出信号の変化量が検知されると、ステップ２０２へ進む。
【００７２】
ステップ２０２では、上記ステップ２００で記憶されたアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号のベース値に基づいて、上記（５）式に従って、呼気入力前のベース値としてエタノールガスの濃度を算出する。また、上記ステップ２００で記憶されたアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号のピーク値に基づいて、上記（５）式に従って、呼気入力後のピーク値としてエタノールガスの濃度を算出する。
【００７３】
そして、ステップ２０４において、上記ステップ２００で記憶されたアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号のベース値に基づいて、上記（３）式に従って、呼気入力前のベース値として湿度を算出する。また、上記ステップ２００で記憶されたアルコールセンサ２４Ａ及びガスセンサ２４Ｂの各々の検出信号のピーク値に基づいて、上記（３）式に従って、呼気入力後のピーク値として湿度を算出する。
【００７４】
そして、ステップ１１２において、上記ステップ２０２で算出されたエタノールガスの濃度のベース値、ピーク値から得られるエタノールガスの濃度の変化量と、上記ステップ２０４で算出された湿度のベース値、ピーク値から得られる湿度の変化量とに基づいて、エタノールガスの濃度の変化量と湿度の変化量との比率を求め、呼気導入管２０内を流れる気体中に含まれるエタノールガスの濃度を検出する。
【００７５】
次のステップ１１４では、上記ステップ１１２で検出されたエタノールガスの濃度を表示装置４０に表示させて、エタノール濃度検出処理ルーチンを終了する。
【００７６】
なお、上記の第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、アルコールセンサと空気質センサなどのガスセンサとを用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、エタノールガス及び水蒸気に対して感度を有し、かつ、水蒸気に対する感度が各々異なる複数のガスセンサを用いて構成すればよい。例えば、酸素センサや、水蒸気センサ、二酸化炭素センサなどを組み合わせて構成してもよく、アルコールセンサを用いなくてもよい。
【００７７】
また、酸化物半導体ガスセンサを用いて構成した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他の方式のセンサでも、センサ出力が湿度に依存するセンサであれば、本発明を適用することができる。
【００７８】
また、上記の実施の形態では、検出されたエタノールガスの濃度を表示する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、検出したエタノールガスの濃度と予め定めた閾値とを比較し、検出したエタノールガスの濃度が閾値以上の場合にエタノールの濃度が高いと判定し、エンジンが始動できないようにする等の不正ができないように制御するようにしてもよい。
【００７９】
また、エタノールガスを検出対象ガスとする場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、他のガス成分を、検出対象ガスとしてもよい。
【００８０】
また、エタノールガス濃度の変化量及び湿度の変化量の変化率と、エタノールガス濃度との対応関係を用いて、エタノールガスの濃度を決定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、上記の対応関係を表わす式を用いて、エタノールガス濃度の変化量及び湿度の変化量の変化率から、エタノールガスの濃度を算出するようにしてもよい。
【００８１】
また、アルコールセンサ及びガスセンサの各々の出力を用いて、エタノールガスの濃度を算出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、アルコールセンサのセンサ出力から、エタノールガスの濃度を算出するようにしてもよい。例えば、アルコールセンサのセンサ出力のベース値から、エタノールガスの濃度のベース値を算出し、アルコールセンサのセンサ出力のピーク値から、エタノールガスの濃度のピーク値を算出するようにしてもよい。
【００８２】
上記では、ドライバの呼気からエタノールガス成分の濃度を検出する例について説明したが、エタノール濃度検出装置を携帯可能に構成する等により、本発明はドライバ以外の人間の呼気からエタノールガス成分の濃度を検出する場合にも適用できるものである。
【００８３】
本発明のプログラムを、記憶媒体に格納して提供することができる。
【符号の説明】
【００８４】
１０   エタノール濃度検出装置
２０   呼気導入管
２４Ａ アルコールセンサ
２４Ｂ ガスセンサ
３０   エタノール濃度判定器
３２   エタノール濃度算出部
３４   湿度算出部
３６   エタノール濃度検出部
４０   表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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