(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属酸化物半導体センサの出力信号を、赤外線センサの出力信号で補正して出力する匂いセンサであって、前記金属酸化物半導体センサが３つの系統の匂い成分を識別検出できる３種類のセンサ構成でなり、窒素原子を含む匂い成分検出用前記金属酸化物半導体センサの出力信号を前記赤外線センサのアンモニア検出信号で補正し、酸素、硫黄、窒素原子をそれぞれ個別に含む３つの系統の匂い成分を識別検出できる３種類の前記金属酸化物半導体センサの出力信号を、前記赤外線センサによる被測定空気の絶対湿度検出信号で補正する匂いセンサ。
【請求項２】
赤外線センサが赤外線光源を有する請求項１に記載の匂いセンサ。
【請求項３】
高温動作の金属酸化物半導体センサを赤外線センサの赤外線光源とする構成の請求項２記載の匂いセンサ。
【請求項４】
赤外線センサの出力信号を高温動作の金属酸化物半導体センサのヒーター電源制御用として用いることを特徴とする請求項３記載の匂いセンサ。
【請求項５】
被測定空気を吸引するファンを具備し、赤外線センサの赤外線光源断続用回転羽根を兼ねる構成の請求項２乃至４のいずれかに記載の匂いセンサ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の匂いセンサと、脱臭液と、ポンプとを有し、前記匂いセンサの出力に応じて、前記ポンプを動作させ、前記脱臭液を噴霧する空気清浄器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気清浄システムや匂い分析装置に使用される匂いセンサ及びそれを用いた空気清浄器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、匂いセンサは特開昭６２−６９１５７号公報、特開平７−１０３９２５号公報、特開平７−２６０７２７号公報及び特開平７−２６０７２９号公報などに記載されたものが知られている。
【０００３】
図６に従来の匂いセンサの構造を示しており、金属酸化物半導体９１が、酸素、硫黄、窒素の各原子それぞれを個別に含んだ３つの系統の匂い成分を識別検出できるように３種類用意されている。信号取り出し電極９２と高温動作を実現するヒーター９４は互いに、セラミック基板９３の反対側に設置される。これらの３種類の金属酸化物半導体センサを組み合わせて用いることにより、３つの系統の匂い成分を識別検出できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この匂いセンサにおいては、匂いの高い識別能力と温度や湿度の周囲環境の変動に安定な動作特性が要求されているが、３種類の金属酸化物半導体センサはすべて周囲の温度と湿度の影響を受け、かつ、窒素原子を含んだ匂い成分の識別能力が十分ではない。
【０００５】
本発明は、このような匂いセンサにおいて、匂いの識別能力向上と動作特性の安定化を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、赤外線センサを金属酸化物半導体センサに組み合わせ、窒素原子を含む匂い検出用金属酸化物半導体センサの信号を赤外線センサのアンモニア検出信号で補正し、かつ、３種類の金属酸化物半導体センサすべての出力信号の温度、湿度依存性は絶対湿度依存性に他ならないので、赤外線センサの絶対湿度検出信号で補正をするように構成したものである。
【０００７】
これにより、匂いの識別能力が高く、温度や湿度の周囲環境の変動に安定な動作特性を有する匂いセンサが得られる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の発明は、金属酸化物半導体センサの出力信号を、赤外線センサの出力信号で補正して出力する匂いセンサであって、前記金属酸化物半導体センサが３つの系統の匂い成分を識別検出できる３種類のセンサ構成でなり、窒素原子を含む匂い成分検出用前記金属酸化物半導体センサの出力信号を前記赤外線センサのアンモニア検出信号で補正し、酸素、硫黄、窒素原子をそれぞれ個別に含む３つの系統の匂い成分を識別検出できる３種類の前記金属酸化物半導体センサの出力信号を、前記赤外線センサによる被測定空気の絶対湿度検出信号で補正する匂いセンサとしたものであり、匂いの識別能力向上と動作特性を安定化させる作用を有する。
【００１０】
本発明の第２の発明は、上記第１の発明において、赤外線センサが赤外線光源を有して、日測定空気を通して赤外線光源からの赤外光を分光計測することによって、被測定空気中のアンモニア及び絶対湿度を精度よく測定し、それらの信号で金属酸化物半導体センサの出力信号を補正した匂いセンサとしたものであり、匂いの識別能力向上と動作特性を安定化させる作用を有する。
【００１１】
本発明の第３の発明は、上記第２の発明において、高温動作の金属酸化物半導体センサを赤外線センサの赤外線光源とする構成の匂いセンサとしたものであり、消費電力節減と構造の簡素化という作用を有する。
【００１２】
本発明の第４の発明は、上記第３の発明において、赤外線センサの出力信号を高温動作の金属酸化物半導体センサのヒーター電源制御用として用いることを特徴とする匂いセンサとしたものであり、匂い検出精度を向上する作用を有する。
【００１３】
本発明の第５の発明は、上記第２から第４のいずれかの発明において、被測定空気を吸引するファンを具備し、赤外線センサの赤外線光源断続用回転羽根を兼ねる構成のいずれかに記載の匂いセンサとしたものであり、構造の簡素化という作用を有する。
【００１４】
本発明の第６の発明は、上記第１から第５のいずれかの発明よる匂いセンサを用いた空気清浄器としたものであり、匂いの識別能力向上と動作特性の安定化、及び、消費電力節減と構造の簡素化により、従来より高い効率で空気清浄を行えるという作用を有する。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明による匂いセンサを示し、図１において酸素原子を含む匂い成分検出用センサ１は、酸素原子を含む匂い成分を識別検出する作用を行うもので、ヒーター１１と酸化錫焼結体１２で構成されている。
【００１７】
硫黄原子を含む匂い成分検出用センサ２は、硫黄原子を含む匂い成分を識別検出する作用を行うもので、ヒーター２１と酸化亜鉛焼結体２２で構成されている。
【００１８】
窒素原子を含む匂い成分検出用センサ３は、窒素原子を含む匂い成分を識別検出する作用を行うもので、ヒーター３１とバラジウム触媒を担持した酸化錫焼結体３２で構成されている。
【００１９】
なお、３種類の匂い成分検出用センサ１、２、３は金属酸化物半導体センサで構成されており、図６に示すとおりセラミック基板９３を用いて金属酸化物焼結体による金属酸化物半導体センサ９１とヒーター９４を分離しているが、図１では省略している。３種類の金属酸化物半導体センサを駆動する電気回路４は、それぞれのセンサ信号ｓ１、ｓ２、ｓ３を取り出す作用を行うもので、プリント基板と電気部品で構成されている。
【００２０】
赤外線センサ５は、アンモニア成分の検出と被測定空気の絶対湿度を計測する作用を行うもので、赤外光源５１、凹面鏡５２、被測定空気計測空間５３、反射鏡５４１、５４２、５４３、集光レンズ５５１、５５２、５５３、赤外線フィルター５６１、５６２、５６３、赤外線検出器５７１、５７２、５７３で構成されている。赤外線検出器５７１、５７２、５７３は室温動作の熱型赤外線検出器で、好ましくは焦電型赤外線検出器により構成される。焦電型赤外線検出器としては、例えばチタン酸鉛セラミック素子を用いた小型赤外線検出器が使用できる。
【００２１】
なお、図では省略しているが、焦電型赤外線検出器を用いた場合、赤外線を一定の周波数で断続する回転羽根が必要である。また、焦電型赤外線検出器でなくとも、回転羽根で赤外線を一定の周波数で断続し、その周波数の信号のみ検出することにより計測精度向上をはかることができる。
【００２２】
赤外線フィルター５６１、５６２、５６３は特定の波長のみを透過する光学フィルターで、好ましくは干渉フィルターにより構成される。赤外線フィルター５６１は１０．７マイクロメータ帯のみを透過する干渉フィルターで、アンモニアの特性吸収帯と一致している。赤外線フィルター５６２は６．４マイクロメータ帯のみを透過する干渉フィルターで、水蒸気の特性吸収帯と一致している。赤外線フィルター５６３は１０マイクロメータ帯のみを透過する干渉フィルターで、大気の窓領域の波長帯と一致している。
【００２３】
ここで、反射鏡５４３、集光レンズ５５３、赤外線フィルター５６３は図での表示を省略している。また、反射鏡は配置の適正化のために用いており、必ずしも必要な横成要素ではない。
【００２４】
赤外線センサ５を駆動する電気回路６は、それぞれの赤外線検出器信号ｄ１、ｄ２、ｄ３を処理して絶対湿度検出信号ｆ、アンモニア検出信号ｇを取り出す作用を行うもので、プリント基板と電気部品で構成されている。絶対湿度検出信号ｆ、アンモニア検出信号ｇの算出にあたっては、赤外線光源の強度変動を補正するために被測定空気透過領域で減衰しない信号ｄ３で、赤外線検出器信号ｄ１およびｄ２を規格化している。
【００２５】
信号処理装置７は、窒素原子を含む匂いについての信号ｓ３を赤外線センサ５のアンモニア検出信号ｇで補正し、３種類の金属酸化物半導体センサ１、２、３すべての出力信号ｓ１、ｓ２、ｓ３を赤外線センサ５の絶対湿度検出信号ｆで補正し、補正後のセンサ信号ｔ１、ｔ２、ｔ３を出力する作用を行うもので、プリント基板と電気部品で構成されている。
【００２６】
なお、絶対湿度検出信号で補正するには、あらかじめセンサ信号ｓ１，ｓ２，ｓ３に関して各々絶対湿度温度依存性を求め、絶対湿度による補正係数を表にして電気回路６にメモリしておき、その表から対応する補正係数を引き出すようにすれば良い。
【００２７】
（実施の形態２）
図１と図２を用いて本実施の形態を説明する。図１は（実施の形態１）で用いたもので、詳細な説明は省略する。図２は高温動作の金属酸化物半導体センサを赤外線センサの赤外線光源とする構成の匂いセンサを示し、図２において高温動作の金属酸化物半導体センサ１、２、３すべてあるいはそのうちの１つあるいは２つが赤外線光源５１を兼ね、消費電力節減と構造の簡素化という作用を行うもので、図１の赤外光源５１に相当する部分が金属酸化物半導体センサ１、２、３すべてあるいはそのうちの１つあるいは２つで構成されている。
【００２８】
（実施の形態３）
図２と図３を用いて本実施の形態を説明する。図２は（実施の形態２）で用いたもので、詳細な説明は省略する。図３は高温動作の金属酸化物半導体センサを赤外線センサの赤外線光源とする構成で、窓領域波長帯の赤外線を検出し、赤外光源表面温度に比例した出力信号ｈを、高温動作の金属酸化物半導体センサのヒーター電源制御用として用いることを特徴とする匂いセンサを示し、図３において高温動作の金属酸化物半導体センサ１、２，３すべてあるいはそのうちの１つあるいは２つの表面温度が安定化し、赤外線光源の強度が安定して匂い検出精度を向上するという作用を行うもので、図２の絶対湿度検出信号ｆ、アンモニア検出信号ｇに赤外光源表面温度に比例した出力信号ｈが追加された構成になっている。
【００２９】
（実施の形態４）
図１から４を用いて本実施の形態を説明する。図１は（実施の形態１）で、図２は（実施の形態２）で、図３は（実施の形態３）で用いたもので、詳細な説明は省略する。図４は被測定空気を吸引するファン８を具備し、赤外線センサの赤外線光源断続用回転羽根を兼ねる構成の匂いセンサを示し、図４において、ファン８は２枚以上の羽根を有し３６０度の円周について等間隔で同数の赤外線透過部分と遮断部分を有する構造になっていて、被測定空気の吸引機能と赤外線断続機能を兼ね備え、被測定空気を吸引する機能を有するセンサにおいて構造の簡素化という作用を行うもので、図１、２、３に回転羽根を兼ねた被測定空気を吸引するファン８を追加した構成になっている。
【００３０】
ここで、回転羽根の透過部分としてはその部分を切り欠き形状にするか、あるいは赤外線に透明なポリエチレン等の合成樹脂を用いてもよい。
【００３１】
（実施の形態５）
図５は、本発明の匂いセンサ１００を用いた空気洗浄器の構成を示し、図５において酸素原子を含む匂い成分を除去する脱臭液１０１を汲み上げるポンプヘはセンサ信号ｔ１の信号が入力され、エリミネータ１０５に該脱臭液を噴霧するようになっている。
【００３２】
１０２は硫黄原子を含む匂い成分を除去する脱臭液、１０３は窒素原子を含む匂い成分を除去する脱臭液で各々の脱臭液を汲み上げるポンプには、該当する匂い成分の検出信号、即ち脱臭液１０２にはセンサ信号ｔ２、脱臭液１０３にはセンサ信号ｔ３が入力されており、該当する匂い成分を検出した時のみエリミネータ１０５に該脱臭液を噴霧するようになっている。
【００３３】
空気の流れは、本発明による匂いセンサ１００を通り抜けて筒１０４内に入り、空気フィルタで構成されるエリミネータ１０５を通り抜けるようになっている。
【００３４】
この空気の流れは、筒１０４内に設定された送風機にて作り出され、匂いセンサ１００の検出信号が全てゼロの場合停止しており、３系統の匂い成分のどれか１つでも検出されれば送風が開始される。
【００３５】
なお、以上の説明では、特定の波長を選別して検出できる赤外線センサを熱型赤外線件検出器と光学フィルターで構成した例で説明したが、特定の波長を選別して検出できるその他の赤外線センサについても同様に実施可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、従来のアンモニア検出分解能０．６ｐｐｍが向上して、０．２ｐｐｍとなり、匂いの識別能力が向上し、さらに温度や湿度の周囲環境の変動による出力変動がほとんどなくなり、動作特性が安定化し、加えて、消費電力節減、構造の簡素化という有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による匂いセンサを示す構成図
【図２】本発明の一実施の形態による金属酸化物半導体センサが赤外線光源を兼ねた匂いセンサを示す構成図
【図３】本発明の一実施の形態による赤外線光源を兼ねた金属酸化物半導体センサの温度を赤外線センサ信号で制御している匂いセンサを示す構成図
【図４】本発明の一実施の形態による被測定空気を吸引するファンを具備し赤外線センサの赤外線光源チョッピング用回転羽根を兼ねる構成の匂いセンサを示す構成図
【図５】本発明の一実施の形態による匂いセンサを用いた空気洗浄器の構成図
【図６】従来の金属酸化物半導体センサの構造図
【符号の説明】
１  酸素原子を含む匂い成分検出用金属酸化物半導体センサ
２  硫黄原子を含む匂い成分検出用金属酸化物半導体センサ
３  窒素原子を含む匂い成分検出用金属酸化物半導体センサ
４  金属酸化物半導体センサを駆動する電気回路
５  赤外線センサ
６  赤外線センサを駆動する電気回路
７  信号処理装置
８  被測定空気を吸引するファン
１１、２１、３１  金属酸化物半導体センサ用ヒーター
１２、２２、３２  金属酸化物半導体センサ用信号取り出し電極
５１  赤外線光源
５２  凹面鏡
５３  被測定空気計測空間
５４１、５４２、５４３  反射鏡
５５１、５５２、５５３  集光レンズ
５６１、５６２、５６３  赤外線フィルター
５７１、５７２、５７３  赤外線検出器
１００  匂いセンサ
１０１  酸素原子を含む匂い成分を除去する機能を有する脱臭液
１０２  硫黄原子を含む匂い成分を除去する機能を有する脱臭液
１０３  窒素原子を含む匂い成分を除去する機能を有する脱臭液
１０４  筒
１０５  エリミネータ
【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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