(57)【要約】  センサ装置は、ガス濃度又はその他の標識を測定及び表示するべく応答ガスセンサを内蔵している。一次方程式を使用し、光検出器の出力信号からガス濃度の算出値を導出可能である。デジタル処理を使用することにより、出力信号をサンプリングし、出力電圧の変化率に基づいてガス濃度を算出可能である。
2009506329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
ターゲットガスの濃度に従って変化する光学特性を具備したセンサと、
前記センサを透過した前記光源からの光を検出するべく前記センサ及び前記光源と光学的に結合された光検出器であって、前記検出された光に従って出力信号を生成するべく構成された光検出器と、
前記光検出器に結合され、且つ、前記出力信号の変化率と、少なくとも１つの予め定義された傾きと、に従って前記ターゲットガスの濃度レベルを算出するべく適合されたプロセッサであって、前記算出された濃度レベルに従って少なくとも１つの通知を提供するべく更に適合されているプロセッサと、
を備えるターゲットガスの存在を検知する装置。
【請求項２】
前記出力信号をデジタル出力信号に変換するべく前記光検出器に結合されたアナログ／デジタル変換器を更に有しており、前記プロセッサは、前記デジタル出力信号を処理して前記ターゲットガスの前記濃度レベルを算出する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記出力信号の所与の値における前記出力信号の変化率と関連付けられている請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記プロセッサは、一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、出力電圧、温度、及びターゲットガスの濃度の相互依存性に関係した経験的計測値に基づいた一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記プロセッサは、前記出力信号及び前記出力信号の前記変化率と関連付けられた少なくとも１つの予め定義された傾きに基づいた一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、データメモリ内に保存される請求項６に記載の装置。
【請求項８】
少なくとも１つの予め定義された傾きは、そのそれぞれが前記出力電圧のレンジと関連付けられた複数の傾きを備える請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記出力信号の複数のレンジと関連付けられた複数の傾きの中の１つを備える請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
それぞれの傾きは、前記レンジの中の１つと関連付けられた傾きの平均値である請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記プロセッサは、補償係数に従って前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記補償係数は、データメモリ内に保存される請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、そのそれぞれが前記出力電圧のレンジと関連付けられた複数の傾きを有しており、
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記補償係数によって乗算される請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
光学ガスセンサシステムを使用してターゲットガスの濃度をデジタル的に判定する方法であって、
ターゲットガスに露出した際に、センサの光学透過率値と関連付けられた出力信号を計測する段階と、
第１回目及び先行する第２回目における前記出力信号の値を減算することにより、前記２回の間における前記出力信号の変化率を判定する段階と、
前記変化率と、前記第１回目における前記出力信号の前記値と、少なくとも１つの予め定義された傾きと、を使用することにより、前記ターゲットガスの濃度レベルを算出する段階と、
前記算出された濃度レベルに従って具体的な出力イベントを提供する段階と、
を備える方法。
【請求項１５】
前記ターゲットガスの前記算出された濃度値を既定のアラーム値と比較する段階と、危険な状態が存在している場合にアラームをトリガする段階と、を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記出力信号の所与の値における前記出力信号の変化率と関連付けられている請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出する段階を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
出力電圧、温度、及びターゲットガスの濃度の相互依存性に関係した経験的計測値に基づいた一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出する段階を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記出力信号及び前記出力信号の前記変化率に関連付けられた少なくとも１つの予め定義された傾きに基づいた一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出する段階を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、データメモリ内に保存される請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、そのそれぞれが前記出力電圧のレンジと関連付けられた複数の傾きを備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記出力信号の複数のレンジと関連付けられた複数の傾きの中の１つを備える請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
それぞれの傾きは、前記レンジの中の１つと関連付けられた傾きの平均値である請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ガス濃度を補償係数に従って算出する段階を備える請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記補償係数は、データメモリ内に保存される請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、そのそれぞれが前記出力電圧のレンジと関連付けられた複数の傾きを有しており、
前記少なくとも１つの傾きは、前記補償係数によって乗算される請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
ターゲットガスの濃度に従って変化する光学特性を具備したセンサを提供する段階と、
前記センサの複数の初期読取を実行する段階と、
前記センサの複数の後続の読取を実行する段階であって、それぞれの後続の読取は、隣接する初期読取の後に既定の回数にわたって実行される、段階と、
隣接する後続の読取値から前記初期読取値を減算して複数の差分を生成する段階と、
前記差分を除算して出力信号の変化率を生成する段階と、
前記変化率に既定の傾きを乗算して積の値を提供する段階と、
既定の定数を前記積の値に加算して前記ターゲットガスの濃度レベルを提供する段階と、
を備えるターゲットガスの存在を検知する方法。
【請求項２８】
前記濃度レベルに従って通知を生成する段階を備える請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記濃度レベルに従って少なくとも１つのアラームモードに入る段階を備える請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
ターゲットガスの濃度に従って変化する光学特性を具備したセンサを提供する段階と、
前記センサを透過した光を検出する段階と、
前記検出された光に従って出力信号を生成する段階と、
前記出力信号をデジタル信号に変換する段階と、
前記デジタル信号の値に従って前記センサの寿命の末期状態を識別する段階と、
を備えるセンサの寿命の末期状態を識別する方法。
【請求項３１】
前記デジタル信号の値を閾値と比較する段階を備える請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記識別された寿命の末期状態に従って通知を生成する段階を備える請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
光源と、
ターゲットガスの濃度に従って変化する光学特性を具備したセンサと、
前記センサを透過した前記光源からの光を検出するべく前記センサ及び前記光源と光学的に結合された光検出器であって、少なくとも１つの実質的に線形の出力信号レンジが動作レンジ内において提供されるように、前記検出された光に応答して前記動作レンジ内において出力信号を生成すべく構成されている光検出器と、
前記出力信号をデジタル出力信号に変換するべく前記光検出器に結合されたアナログ／デジタル変換器と、
前記アナログ／デジタル変換器から前記デジタル出力信号を受信するべく結合されたプロセッサであって、前記プロセッサは、前記少なくとも１つの実質的に線形の出力信号レンジに従って前記ターゲットガスの濃度レベルを算出するべく適合されており、前記プロセッサは、前記算出された濃度レベルに従って少なくとも１つの通知を提供するべく更に適合されているプロセッサと、
を備えるターゲットガスの存在を検知する装置。
【請求項３４】
前記動作レンジは、略１ボルト〜４ボルトのレンジを備える請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの実質的に線形の出力信号レンジは、複数の線形レンジを備える請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記プロセッサは、前記線形レンジと関連付けられた一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項３５に記載の装置。
【請求項３７】
前記光源を構成する段階は、少なくとも１つのフォトダイオードをバイアスする段階を備える請求項３３に記載の装置。
【請求項３８】
前記光源は、少なくとも１つのＬＥＤを有しており、前記光検出器は、少なくとも１つのフォトダイオードを備える請求項３３に記載の装置。
【請求項３９】
検知要素を導電性にすることによってＥＭＩからの雑音及び干渉を低減する検知装置であって、
センサに対する導電性プラスチックセンサハウジング、又は金属ハウジング、又は絶縁性である不活性レイヤ及び導電性である外部レイヤの混合体を備える検知装置。
【請求項４０】
内部非導電性材料上に形成された外部導電性レイヤを備える請求項３９に記載の検知装置。
【請求項４１】
前記導電性コーティングは、金、パラジウム、プラチナ、チタニウム、ニオビウム、ビスマス、銀、鉛、鉄、ニッケル、銅、すず、亜鉛、アルミニウム、クロム、或いは、はんだ、ステンレス鋼、青銅、真鍮などの容易に腐食しない合金、並びに、マグネシウムとリチウム、ベリリウムと銅、カドミウムとその他の金属合金というその他の類似した合金からなるグループから選択された金属である請求項３９に記載の検知装置。
【請求項４２】
絶縁性プラスチック内に収容された電気化学センサを備え、前記絶縁性プラスチックは、電磁気信号からの雑音を低減するべく、導電性材料によってコーティングされている請求項３９に記載の検知装置。
【請求項４３】
導電性プラスチックハウジングを使用して光学検知コンポーネントを取り囲む光学センサの信号内の雑音を低減する検知装置であって、
ＬＥＤと、
フォトダイオードと、
前記ＬＥＤ及び前記フォトダイオードの光子経路の間に配置された、計測対象のガスの関数としてその光学透過率を変化させる検知要素と、
を備える検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２００５年８月２５日付けで出願された米国仮特許出願第６０／７１１，７４８号の利益を主張するものであり、この開示内容は、本引用により、本明細書に包含される。
【０００２】
本出願は、センサに関するものであり、更に詳しくは、検知信号を処理して信頼性の高いガス検知通知を生成するべく適合されたデジタル回路を内蔵するガスセンサと、検知装置用の雑音低減法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
空気中の危険なガスの有害な影響と、その危険性について広く一般に認知された結果、これらのガスを検出する正確且つ低廉で小型の装置に対する需要が増大している。従来の電池で動作する携帯型ガス検出装置は、対象のガスを検出するべく、センサを内蔵している。
【０００４】
危険なガス、特に、一酸化炭素（「ＣＯ」）の存在を検出する光学ガスセンサとしては、様々なものが知られている。模範的な光学ガスセンサについては、米国特許第５，０６３，１６４号、第５，３０２，３５０号、第５，３４６，６７１号、第５，４０５，５８３号、第５，６１８，４９３号、第５，７９３，２９５号、第６，１７２，７５９号、第６，２５１，３４４号、及び第６，８１９、８１１号に記述されており、それぞれの開示内容は、本引用により、本明細書に包含される。米国特許第５，６１８，４９３号に開示されているように、広いレンジの湿度及び温度状態における応答を具備したガスセンサを光学的に組み合わせることにより、改善された光学ガスセンサシステムが製造されている。
【０００５】
一般的に、光学ガスセンサは、半透明の基質内に含浸された又はこの上部にコーティングされた自己再生型の化学センサ試薬を含んでいる。基質は、通常、二酸化シリコン、アルミニウム酸化物、アルミノ珪酸塩などのような多孔質のモノリシック材料である。既定のターゲットガスに露出された際に、センサの光学的特性が変化し、そのセンサの化学特性に応じて、暗くなるか又は明るくなる。
【０００６】
電池で電力を供給するタイプの、光学ガスセンサを利用したターゲットガス検出装置が市販されており、市場の好評を博している。従来、このような装置は、発光手段と光検出手段の間の光経路内に配置された少なくとも１つのセンサを含んでいる。光検出手段は、センサを透過した光のレベルを計測することにより、センサの光学特性を監視している。この装置の電子コンポーネントは、透過光の検出レベルが既定の固定されたレベル未満に低下した際に、アラーム又はその他の警告手段が起動されるように、構成されている。
【０００７】
一般的な装置においては、電子コンポーネントは、光検出手段を通じて流れる電流によって充電されるコンデンサを含んでいる。この場合に、コンデンサを通じて流れる電流の量は、センサの光学的特性に依存している。従って、コンデンサが充電される速度は、センサと相互作用しているターゲットガスの濃度レベルに依存している。濃度レベルを判定するべく、この装置は、例えば、コンデンサを放電させ、次いで、コンデンサが充電するのに所要する時間を追跡可能である。このために、この装置は、タイミング制御用の（例えば、水晶に基づいた発振器などの）クロック回路と、コンデンサが充電されたことを検知するためのレベル検出回路と、を含む処理コンポーネントを包含可能である。このような装置については、例えば、米国特許第５，５７３，９５３号及び第６，０９６，５６０号に記述されており、このそれぞれの開示内容は、本引用により、本明細書に包含される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般に、電子コンポーネントの特性は、装置の精度に悪影響を与える可能性を有している。例えば、所与のコンデンサの実際の容量値が正確ではない可能性がある。むしろ、コンデンサは、通常、公称容量値によって特徴付けられており、この結果、実際の容量は、公称値周辺の許容範囲内に収まるようになっている。この結果、１つの装置内のコンデンサは、別の装置内のコンデンサとは異なる速度で充電可能である。更には、水晶発振器も、その指定の公称周波数で正確に動作しない可能性がある。この結果、１つの装置内のタイマ回路は、別の装置内のタイマ回路よりも高速で又は低速でカウントする可能性を有している。又、処理コンポーネントを製造する際に発生するプロセス変動の結果として、異なる装置のレベル検出回路が、わずかに異なる閾値レベル及び／又は漏洩電流を具備することになる可能性も存在している。この結果、異なる装置が、コンデンサが充電されたと異なる電圧レベルにおいて判定を下す可能性がある。更には、これらのパラメータの多くが、温度依存性を有している可能性もある。このような問題点に鑑み、更に正確であり、且つ、それでいて費用効果に優れた、ガス濃度を検知する装置に対するニーズが存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、いくつかの実施例においては、ガス濃度を識別するべく線形及び／又はデジタル処理を内蔵したガスセンサに関係している。本発明は、いくつかの実施例においては、検知装置内の雑音を低減し、これにより、検知装置によって生成される信号の信号対雑音比を改善する装置及び方法に関係している。尚、本明細書においては、便宜上、本発明に従って構築されるシステム及び実施される方法の一実施例を、単に「実施例」と呼称可能である。
【００１０】
いくつかの実施例においては、一次方程式を使用し、ガス濃度の算出値を光検出器の出力信号から導出可能である。例えば、指数に基づいたガス拡散特性を有するセンサと、対数的な光対電流特性を有するフォトダイオードと、を使用することにより、一次方程式を使用することにより、ガス濃度を、フォトダイオード電流から導出された出力電圧と関係付け可能である。
【００１１】
いくつかの実施例においては、一次方程式を使用することにより、出力電圧の特定の変化率から特定の濃度レベルを導出可能である。いくつかの実施例においては、１つ又は複数の予め定義された乗数を出力電圧の異なるレンジに割り当て可能である。例えば、それぞれのレンジの一次方程式に、異なる乗数を定義可能である。
【００１２】
いくつかの実施例においては、センサは、光を生成するＬＥＤと、周辺環境に露出したセンサと、光を検知するフォトダイオードと、を有している。これらのコンポーネントは、ＬＥＤからの光がセンサを透過してフォトダイオードに入射できるように、位置決めされている。この結果、フォトダイオードは、周辺環境内のガス濃度レベルの変化によって発生するセンサの光拡散特性（例えば、光透過率の値）の変化を検出可能である。
【００１３】
いくつかの実施例においては、フォトダイオードの電流出力を電流／電圧変換器に供給している。次いで、電流／電圧変換器の出力をアナログ／デジタル変換器に供給可能である。次いで、マイクロコントローラなどの処理コンポーネントが、アナログ／デジタル変換器から供給される電圧レベルを読み取ることにより、電圧の変化率を判定可能である。次いで、線形技術を使用することにより、処理コンポーネントは、電圧の変化からガスの濃度レベルを判定可能である。処理コンポーネントは、現在のガスの濃度レベルに関係した適切な通知を生成可能である（例えば、ガスの濃度レベルを表示するか又はアラーム信号を生成可能である）。この場合には、計測された濃度を、予め定義されている濃度レベルと比較することにより、アラーム状態を通知可能である。
【００１４】
いくつかの実施例においては、一次方程式用の予め定義された乗数を経験的データから取得可能である。例えば、出力電圧との関係における出力電圧の変化率を様々な既知のガス濃度レベル及び温度について判定可能である。このデータから、様々な温度におけるガス濃度と傾き（Ｖ／Ｈｒ）の関係を様々な出力電圧において算出可能である。次いで、これから、出力電圧の様々なレンジにおける乗数を判定可能である。この場合には、異なる乗数の組を異なる温度に適用可能であろう。
【００１５】
いくつかの実施例においては、一次方程式を調節することにより、センサを較正可能である。例えば、装置から供給される濃度の読取値と既知の濃度レベルの間の差を使用して装置を構成することにより、読取値を補償可能である。いくつかの実施例においては、この補償係数は、一次方程式の乗数用のサブ乗数を構成可能である。いくつかの実施例においては、補償係数は、装置の不揮発性メモリ内に保存可能である。
【００１６】
いくつかの実施例は、検知装置によって生成される信号の信号対雑音比を改善する装置及び方法に関係している。例えば、検知装置と関連した干渉及び雑音を低減するべく、本装置を設計可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のこれらの並びにその他の特徴、態様、及び利点については、以下の詳細な説明、添付の請求項、及び添付図面との関連において検討することにより、更に十分に理解することができよう。
【００１８】
慣例により、図面中に示されている様々な特徴の縮尺は、正確に描かれていない場合がある。即ち、わかりやすくするべく、様々な特徴の寸法を任意に拡大又は縮小している場合がある。更には、わかりやすくするべく、図面のいくつかを簡略化している場合もある。従って、添付の図面は、所与の装置及び方法のすべてのコンポーネントを示していない場合がある。最後に、本明細書及び添付の図面の全体を通じて、類似の参照符号により、類似の特徴を表記している。
【００１９】
以下、詳細な例示用の実施例を参照し、本発明について説明する。本発明は、様々な形態で実施可能であり、且つ、そのいくつかは、開示されている実施例のものとは非常に異なる可能性があることが明らかとなろう。従って、本明細書に開示されている特定の構造的及び機能的詳細事項は、代表的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
【００２０】
図１は、ガスセンサ装置１００の一実施例を概略的に示すブロック図である。装置１００は、センサ１０６近傍のターゲットガスの濃度レベルに従って、ディスプレイ１０２上に文字などの通知を生成可能であり、或いは、（例えば、サイレンなどの）アラーム１０４を駆動可能なアラーム信号を生成可能である。この場合には、センサ１０６は、センサの光透過特性がそのセンサの周りの空気中のガス濃度レベルに依存しているバイオミメティックセンサであってよい。
【００２１】
本装置内の検出回路は、出力信号の大きさがガス濃度に依存している出力信号を生成している。例えば、光源１０８は、センサ１０６を透過する（破線１１０によって表されている）光を生成している。センサ１０６から出射された（破線１１２によって表されている）光は、光検出器１１４によって検出されている。いくつかの実施例においては、光検出器１１４は、電流／電圧変換器１１６によって電圧信号に変換可能な電流信号を生成している。
【００２２】
いくつかの実施例においては、アナログ／デジタル変換器１２０を使用することにより、出力信号（電流又は電圧）をデジタル信号に変換可能である。或いは、この代わりに、このアナログ／デジタル変換を（例えば、マイクロコントローラなどの）プロセッサ１１８内の回路によって実行することも可能である。
【００２３】
いずれの場合にも、出力信号は、この出力信号に基づいてガスの濃度を算出するべく構成されたプロセッサ１１８によって処理されている。いくつかの実施例においては、この計算は、一次方程式に基づいたものであってよい。例えば、いくつかのセンサのガス拡散特性は、ｅＣＯＫの形態の指数方程式によって表現可能であり、この場合に、ＣＯは、ガス濃度を表しており、Ｋは、定数を表している。更には、いくつかの光検出器の出力特性は、その特性が対数的である。この結果、ｌｏｇ（ｅＣＯＫ）がＫ１ＣＯＫに等しいため、一次方程式により、光検出器の出力をガス濃度に変換して戻すことができる。
【００２４】
いくつかの実施例においては、出力電圧からガス濃度を算出するのに使用可能な一次方程式は、次の形態を有している。
ＣＯ＝Ｍ（ΔＶ／Ｈｒ）＋ｋ      ［式１］
ここで、ＣＯは、ガス濃度であり、Ｍは、乗数であり、ΔＶ／Ｈｒは、時間当たりの出力電圧の変化であり、ｋは、定数である。
【００２５】
相対的に単純な一次方程式を使用することにより、従来の技法と比べて、ガス濃度計算の複雑性を大幅に低減可能である。本実施例においては、計算に伴う表のルックアップが相対的に少なく、且つ／又は、計算に伴う数学演算が相対的に簡単であるため、このような単純化を実現可能である。例えば、２つのサンプルポイントを使用することにより、相対的に迅速に所望の傾きを取得可能である。更には、式１には、１回の乗算、１回の除算、並びに、１回の加算しか伴っていない。これとは対照的に、従来のコンデンサに基づいた技法は、１／ｉに依存した量の計算を伴っており、この場合に、ｉは、コンデンサを通じた電流である。このような計算の形態は、相対的に複雑であると共に／又は、相対的に大規模なルックアップテーブルの使用を伴うことになろう。
【００２６】
プロセッサ１１８は、１つ又は複数のデータメモリ１２２及び１２４と関連付け可能である。データメモリは、（例えば、ＲＡＭなどの）揮発性メモリ、又は（例えば、ＲＯＭ、フラッシュメモリなどの）不揮発性メモリを有することができる。データメモリを使用することにより、例えば、プログラムコード、１つ又は複数の乗数又は一定のパラメータ、較正データ、アラーム閾値などを保存可能である。データメモリは、（例えば、メモリ１２２などの）プロセッサ１１８のコンポーネントであってもよく、或いは、（例えば、メモリ１２４などのように）プロセッサ１１８とは別個のものであってもよい。
【００２７】
プロセッサ１１８は、プロセッサ１１８によって算出されたガス濃度を通知可能な（例えば、ライン１２６及び１２８によって表されている）１つ又は複数の信号を生成している。例えば、プロセッサ１１８は、ディスプレイ１０２に、例えば、現在の濃度レベルや警告通知などを表示させるメッセージをディスプレイ１０２に送信可能である。又、プロセッサは、アラーム１０４に（例えば、サイレン音などの）アラーム通知を生成させる信号を送信することも可能である。
【００２８】
図２は、本装置が所与のガス濃度に晒された際の出力電圧対時間の関係の一例を示すグラフ２００である。この例においては、出力電圧は、ガスがセンサ内に浸透するのに伴って、時間と共に低下している。この場合には、ガスが浸透することによってセンサが「暗くなり」、この結果、光検出器によって生成される電流の量が低下している。
【００２９】
グラフ２００は、水平ライン２０２によって２つの領域に分割されている。ラインの下の飽和領域２０４は、光検出器が飽和可能な領域を表している。この場合には、センサからの読取値の信頼性が低下する可能性があり、センサを再生させるべく、新鮮な空気にセンサを晒す必要があろう。或いは、この代わりに、ライン２０２の下の領域は、アナログ／デジタル変換器の特定の分解能が付与された場合に、正確な結果を提供するには出力電圧の相対的な変化が小さ過ぎる領域を表していよう。
【００３０】
ラインの上の線形領域２０６は、出力電圧が線形又は実質的に線形の特性を提示可能な領域を表している。いくつかの実施例においては、線形領域を複数の線形サブ領域にサブ分割可能である。例えば、サブ領域２０８、２１０、及び２１２のそれぞれを一次方程式によって表現又は近似可能である。曲線の傾きが時間と共に変化しているため、異なる一次方程式が必要であろう。この傾きにおける変化は、ガスがセンサ内に益々浸透するのに伴ってガスが辿る相対的に長い経路の結果である。換言すれば、ガスがセンサの中央にまで透過するのは、ガスがセンサの外側の部分に透過するよりも困難である。
【００３１】
そして、これらのサブ領域のそれぞれを出力電圧の特定のレンジと関連付け可能である。例えば、一実施例においては、レンジ１．５Ｖ〜２．０Ｖをサブ領域２１２に関連付け可能であり、レンジ２．０Ｖ〜２．５Ｖをサブ領域２１０に関連付け可能であり、「２．５Ｖ超」のレンジをサブ領域２０８と関連付け可能である。
【００３２】
それぞれの一次方程式は、異なる傾きを具備していることに留意されたい。従って、出力電圧が特定のレンジ内にある際には、それぞれの領域の傾きを式１において使用することにより、出力電圧の変化率と関連付けられたガス濃度を算出可能である。後程詳述するように、それぞれの一次方程式の傾きは、例えば、様々な制御された状態における出力電圧に関係したデータを収集及び分析することによって算出可能である。
【００３３】
装置１００によって実行可能な動作の単純化された例を図３のフローチャートとの関連において説明することとする。まず、ブロック３０２に示されているように、本装置は、出力電圧の値を規則的なインターバルでサンプリングしている。
【００３４】
ブロック３０４に示されているように、このサンプリングと関連し、出力電圧の値を記録可能である。この段階を実行することにより、例えば、以下において、式１において使用することになる乗数Ｍの適切な値を判定可能である。
【００３５】
所望の量のデータをサンプリングした後に、本装置は、出力電圧の変化率を算出している（ブロック３０６）。いくつかの実施例においては、時間当たりの電圧の変化（ΔＶ／Ｈｒ）に対応するように、この値を変換可能である。
【００３６】
ブロック３０８に示されているように、ガス濃度を式１によって算出している。いくつかの実施例においては、予め定義された式１のパラメータＭ及びｋの値をデータメモリのテーブル内に保存可能である。この場合には、出力電圧の様々なレンジにおけるＭと、恐らくは、ｋの値を保存可能である。従って、この動作は、ブロック３０４において記録された出力電圧の値を使用して適切なレンジを判定する段階を伴うことになろう。次いで、対応する１つ又は複数のパラメータをデータメモリから取得し、これらを、ブロック３０６において算出されたΔＶ／Ｈｒ値と共に、式１内において使用可能である。
【００３７】
次いで、センサ装置は、算出されたガス濃度に対応したなんらかの形態の信号を生成可能である（ブロック３１０）。例えば、いくつかの実施例においては、ディスプレイ装置が、（例えば、ｐｐｍを単位として）ガス濃度の値を表示可能である。いくつかの実施例においては、センサ装置は、予め定義されている閾値に基づいて、ガス濃度が許容可能であるか又は許容不能であるのかを通知する表示を表示可能である（それぞれ、例えば、「ＯＫ」を表示するか、或いは、例えば、警告メッセージを表示可能である）。いくつかの実施例においては、センサ装置は、ガス濃度に関係した１つ又は複数のその他の信号を生成可能である。例えば、ガス濃度が予め定義されている閾値を超過している際には、ストロボ光又はサイレン（又は、類似した音響生成器）などの聴取可能な又は視覚的な警告装置に対して適切な信号を送信可能である。或いは、この代わりに、例えば、有線又は無線接続を介して、信号を（例えば、セキュリティコンソールなどの）別のコンポーネントに送信することも可能である。
【００３８】
この開示したガス濃度を計測及び表示する方法及び構造は、相対的に単純な計算及び／又はデジタル技法を使用することにより、相対的に正確な計測値を提供可能である。更には、これらの方法及び構造は、センサの寿命の末期を判定する相対的に直接的な方法をも提供可能である。更には、本明細書に記述されているように構築及び操作されたセンサは、例えば、室温においては、１パーセント以内の、そして、−４０℃〜７０℃のレンジにおいては、５パーセットを上回る精度を提供可能である。
【００３９】
本センサ装置は、濃度計測の精度が本装置内の抵抗器の値に基づいていることをその理由の１つとして、従来のセンサよりも改善された精度を提供可能である。この場合には、１％又はこれよりも良好な公差を有する抵抗器を相対的に低コストでシステム内に内蔵可能である。更には、抵抗器の抵抗値は、その抵抗器が温度の変化に晒された際にも、相対的に安定可能であろう。
【００４０】
以上の概要に留意し、一酸化炭素（「ＣＯ」）センサ装置として実装されたセンサシステムの更なる詳細について説明することとする。但し、説明対象のＣＯ装置は、本明細書の開示内容を内蔵可能な装置の一例に過ぎない。従って、本明細書の開示内容は、様々なその他のタイプのガスセンサにも適用可能であることを理解されたい。
【００４１】
図４は、センサ近傍のＣＯの濃度を算出すると共に、算出されたＣＯ濃度に関係した（例えば、具体的な出力イベントなどの）通知を生成するセンサ装置４００の一実施例の概略回路図及び概略ブロック図である。図５及び図６は、装置４００などのセンサ装置との関連において又はこれによって実行可能な動作を示す概略フローチャートである。
【００４２】
装置４００は、（例えば、プロセッサ４４０及び周辺コンポーネントを含む演算システムなどの）コントローラ４０２、ＬＥＤ４０４、センサ４０６、フォトダイオード４０８、演算増幅器回路４１０、ディスプレイ装置４１２、ビープ装置４１４、任意選択の温度センサ４１６、及び任意選択の煙検出器４１８を含んでいる。
【００４３】
コントローラ４０２は、本装置の検知及び報告動作を制御している。図４に示されているように、いくつかの実施例においては、コントローラと関連付けられたデータメモリ４４２及び４４４をコントローラ４０２内に実装可能である。コントローラ４０２は、本装置をプログラムするか、再構成するか、デバッグするか、又はその他の方法によってこれと通信するべく使用可能な１つ又は複数の通信インターフェイス４４６を提供している。従来の処理システムと同様に、水晶又は共振器などの発振器回路４４８がコントローラ４０２にクロック信号を供給している。又、コントローラ４０２は、本装置のその他のコンポーネントとの間において信号を送受信するための様々な入力ポート及び出力ポートをも提供している。尚、これらの信号については、対応するコンポーネントとの関連において後程詳述することとする。
【００４４】
いくつかの実施例においては、コントローラ４０２は、ＬＥＤ４０４の動作を制御可能である。例えば、コントローラ４０２は、ＬＥＤ４０４をターンオンするか又はＬＥＤ４０４をターンオフする信号４２０を生成可能である。図４の実施例においては、これは、ＬＥＤ４０４のバイアス回路４２４内のトランジスタをターンオン及びオフさせることによって実現されている。
【００４５】
バイアス回路４２４を使用してフォトダイオード４０４をバイアスすることにより、所望の線形応答を提供可能である。例えば、いくつかの実施例においては、約１〜４ボルトのレンジにおいて効果的に動作するように、フォトダイオード４０４をバイアス及び構成可能である。この場合には、４ボルトは、回路のゼロを表現可能であり、１ボルトは、レンジの限度を表現可能である。
【００４６】
その他の実施例においては、コントローラ４０２は、ＬＥＤ４０４を流れる電流の量を調節可能である。例えば、信号４２０は、トランジスタ（並びに、従って、ＬＥＤバイアス回路）を通じた電流フローの量を制御する非デジタル信号から構成可能である。或いは、この代わりに、コントローラ４０２は、（図示されてはいない）抵抗器回路又はその他の回路を介してＬＥＤ電流を制御するいくつかの出力ポートを具備することも可能である。
【００４７】
演算増幅器回路４１０は、フォトダイオード４０８を通じた電流フローの大きさに対応した出力電圧信号４２６を生成している。この場合には、フォトダイオード電流は、抵抗器Ｒ４を通じて流れており、この抵抗器は、演算増幅器回路４１０に、例えば、比例した出力電圧信号４２６を生成させている。
【００４８】
いくつかの実施例においては、基準電圧信号４３０を演算増幅器回路４１０に供給可能である。図４の実施例においては、この基準電圧信号４３０は、コントローラ４０２からの信号４２８によって制御可能である。前述のように、この基準電圧を使用することにより、出力電圧４２６の最大値（例えば、４Ｖ）を設定可能である。この最大電圧は、出力電圧４２６の十分なマージン及びレンジを提供するべく、選択可能である。いくつかの実施例においては、ガスの濃度レベルが０ｐｐｍである際に４Ｖの出力電圧を供給するように、センサ装置４００を構成可能である。
【００４９】
出力電圧信号４２６は、コントローラ４０２に供給されている。図４の実施例においては、コントローラ４０２は、出力電圧信号４２６を（図４には示されていない）デジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器４５０を内蔵している。
【００５０】
コントローラ４０２からの１つ又は複数の出力信号４３２は、ディスプレイ装置４１２を制御している。従って、適切なプログラミングにより、コントローラ４０２は、ディスプレイ装置４１２に、所望のメッセージ又はその他の通知を表示させることが可能である。
【００５１】
別の出力信号４３４は、ビープ装置４１４の動作を制御している。従って、計測されたＣＯ濃度が閾値レベルを超過している際には、コントローラは、ビープ装置４１４に、可聴アラームを生成させることが可能である。
【００５２】
いくつかの実施例においては、ＣＯ検知動作は、その他の検知動作との関連において、又はこれらに加えて、実行可能である。例えば、温度センサ４１６を使用することにより、温度情報をコントローラ４０２に供給可能である。更には、煙検出器４１８を使用することにより、煙の存在について、並びに、いくつかのアプリケーションにおいては、その煙の特性及び／又は密度について、通知をコントローラに提供可能である。尚、このようなセンサ装置の一実施例については、図１１及び図１２との関連において更に詳細に説明する。
【００５３】
図５及び図６のフローチャートとの関連において、装置４００などのセンサ装置によって実行可能な動作の概略的な例について説明することとする。図５は、センサ装置を初期化し、構成すると共に、較正するべく使用可能な様々な動作を示している。図６は、ＣＯ濃度レベルを計測すると共に、計測されたＣＯレベル及び／又はその他の信号に基づいて様々な動作を実行するべく使用可能な様々な動作を示している。
【００５４】
図５を参照すれば、ブロック５０２に示されているように、濃度算出のための一次方程式を定義している。前述のように、いくつかの実施例においては、これは、（例えば、図２のサブ領域などの）出力電圧の様々なレンジ用の異なる方程式を生成する段階を伴っている。一次方程式を生成するプロセスの一実施例については、図７、図８、及び図９を参照することにより、更に詳しく理解可能である。
【００５５】
図７は、出力電圧の変化率（ボルト／時間）対出力電圧（ボルト）の一例をグラフィカルな形態で示している。様々なガス濃度及び温度について、図７に示されているものなどのデータポイントの集合体を生成している。例えば、ガス濃度及び温度を設定して厳密に調節可能である制御された環境内に本装置を配置可能である。一実施例においては、７０ｐｐｍ、１５０ｐｐｍ、２５０ｐｐｍ、及び４５０ｐｐｍのガス濃度において計測を実行している。更には、これらの濃度レベルのそれぞれについて、−４０℃、０℃、２５℃、４０℃、及び７０℃の温度において計測を実行している。
【００５６】
次いで、出力電圧読取値の変化を（例えば、１２０秒ごとなどの）所与のインターバルにおいて記録可能である。このプロセスは、統計的に信頼性の高いデータ量を取得するべく、いくつかの異なるセンサ装置を使用して実行することも可能である。
【００５７】
このデータの集合体から、図８に表されているものなどの関係を算出可能である。図８は、（例えば、２．５Ｖなどの）所与の出力電圧におけるガス濃度対出力電圧の傾き（ボルト／時間）をグラフィカルな形態で示している。この場合には、それぞれの温度ごとに別個のラインを定義している。図８のラインは、ガス濃度と傾きの関係が、値の大きなレンジにわたって線形又は実質的に線形であることを例証するのに有用である。従って、図８に示されているデータポイントを使用することにより、出力電圧の変化をガス濃度とかなり正確に関係付ける一次方程式を定義可能である。
【００５８】
図８に示されているものなどのデータの集合体を様々な出力電圧レベルについて算出可能である。一実施例においては、（図２に示されているように）４Ｖの上限出力レンジを有する装置において、１．５Ｖ、２．０Ｖ、２．５Ｖ、３．０Ｖ、及び３．５Ｖの出力電圧について、データを収集している。これらのチャートは、温度の特定のレンジにおいては、ラインの傾き（例えば、その出力電圧における一次方程式）が同一又は実質的に同一となり得ることを示すのに有用である。
【００５９】
更には、このデータの集合体から、（例えば、０℃などの）その他の温度で動作した際の一次方程式の傾きを調節するべく使用可能な傾き補償データを導出することも可能である。例えば、センサ装置は、周辺温度を計測すると共に、適切なアルゴリズムを使用することにより、温度に関係した傾きの変化を調節可能である。
【００６０】
図９は、様々な出力電圧と関連付けられた一次方程式の（例えば、２５℃などの）所与の温度における傾きの類似点及び相違点をグラフィカルな形態で示している。例えば、２．５Ｖ及び３．０Ｖのラインの傾きが類似していることを観察可能である。逆に、２．０Ｖ及び１．５Ｖの傾きは、その他の傾きとは大きく異なっていることをも観察可能である。
【００６１】
前述の関係は、（例えば、Ｍ及びｋなどの）式１に必要なパラメータを前述のデータ集合体から導出可能であることを示している。更には、異なる傾きを出力電圧の異なるレンジに適用する場合には、それぞれのレンジについてパラメータの別個の組を導出可能である。
【００６２】
次いで、パラメータを導出する方法の例について説明する。まず、（収集されたデータを分析することによって）出力電圧のどのレンジが類似した傾きを具備しているのかを判定可能である。次いで、それぞれのレンジに対応したデータの集合体から近似を実行することにより、それぞれのレンジ用の単一の一次方程式を定義可能である。例えば、図９に示されているように、２．５Ｖと３．０Ｖのラインの間を延長するライン９０２を定義可能である。換言すれば、ライン９０２は、２つの傾きの平均を表現可能である。
【００６３】
次いで、ライン９０２の傾きをデータポイントから算出可能である。例えば、４５０ｐｐｍから５０ｐｐｍへの濃度の変化は、５３．５から０への傾きの変化に対応している。従って、ラインの傾きは、７．４７６６である。このラインのｙ軸との交点は、５０ｐｐｍである。従って、ライン９０２用の一次方程式は、ＰＰＭ＝７．４７６６・傾き＋５０である。式１を再整理することにより、次式が得られる（この場合には、ΔＶ／Ｈｒが変数である）。
ＣＯ＝７．４７６６（ΔＶ／Ｈｒ）＋５０      ［式２］
【００６４】
次いで、出力電圧のその他のレンジについて、類似した傾きを算出可能である。例えば、表１は、出力電圧（Ｖｔ）の様々なレンジにおけるＭの値の一例を示している。
【００６５】
【表１】
2009506329.tif 000003
【００６６】
前述のように、出力電圧のいくつかのレベルにおいては、フォトダイオードが飽和可能である。このポイントにおいては、濃度レベルは、例えば、出力電圧が飽和レベルに到達する前に計測された（例えば、１．５Ｖなどの）値であるものと仮定可能である。
【００６７】
尚、前述の関係及び計算は、説明を目的としてグラフの形態で説明したものであることを理解されたい。実際には、必要な計算を未加工データに基づいて実行可能である。即ち、所望のパラメータを導出するためにグラフを生成する必要はない。
【００６８】
再度図５を参照すれば、ブロック５０４に示されているように、それぞれの装置を較正可能である。例えば、ガス濃度及び温度を既知の値において設定及び維持可能である制御された環境内に本装置を配置可能である。次いで、センサ装置によって表示されたガス濃度を実際の値と比較可能である。差が存在している場合には、（例えば、ｍなどの）補償パラメータを算出し、センサ装置の不揮発性メモリ内に保存可能である。このようなパラメータが不揮発性メモリ内に保存されている際には、式１を次のように変更可能である。
ＣＯ＝Ｍｍ（ΔＶ／Ｈｒ）＋ｋ      ［式３］
【００６９】
いくつかの実施例においては、パラメータｍは、そのセンサが、センサの平均値と比較してどれくらい高速であるのかのパーセンテージを表す補正乗数である。例えば、ｍは、平均的な応答時間を具備したセンサについては、１に設定可能である。パラメータｍは、平均値よりも低速のセンサについては、１．１に設定可能である。パラメータｍは、平均値よりも高速のセンサについては、０．９に設定可能である。
【００７０】
所望の公差内において正しい値を表示するようにセンサ装置を調節（例えば、較正）不能である場合には、そのセンサ及び／又はセンサ装置を拒絶可能である。例えば、部品を修理するか、破棄するか、又は正確な計測を必要としていないアプリケーションに使用可能である。
【００７１】
装置を製造するか又はなんらかの後の時点において調節する際には、ブロック５０６に示されているように、センサ装置と関連付けられたその他のパラメータを設定可能である。例えば、コントローラは、出力信号４２０を調節することにより、ＬＥＤを通じた電流を制御可能である。この電流は、ＬＥＤによって生成される光の量を制御しているため、この電流を制御することにより、例えば、フィルタの特性を補償すると共に／又は、フォトダイオードの出力応答を調節可能である。
【００７２】
更には、プロセッサは、信号４３０を調節することにより、出力電圧の基準レベルを制御可能である。図２の例においては、基準レベルは、４Ｖに設定されている。例えば、５Ｖの電源電圧を具備したセンサ装置においては、４Ｖのレベルを使用可能である。この場合には、出力電圧を４Ｖの最大値に制約可能である。これにより、出力電圧の値の相対的に大きなレンジを提供しつつ、電源電圧が降下した際に十分なマージンを提供可能である。
【００７３】
次に、図６を参照し、センサ装置によって実行可能な動作の一実施例について更に詳しく説明することとする。これらの動作は、例えば、ＣＯ濃度の計測、計測された濃度に関する通知の生成、及びセンサ寿命の末期の検出などを包含可能である。
【００７４】
まず、ブロック６０２において、コントローラは、ＬＥＤをターンオンし、且つ、読取値を取得する前に、規定の期間（例えば、５０μＳ）にわたって遅延している。これの遅延は、検出回路が相対的に安定することを保証するべく有用であろう。
【００７５】
ブロック６０４において、コントローラは、アナログ／デジタル変換器から出力された値を反復的に読み取っている。この場合には、アナログ／デジタル変換器の出力は、（例えば、信号４２６などの）出力電圧のデジタル化された形態である。この値は、前述のΔｔに対応した規則的なインターバルにおいて読み取られている。
【００７６】
いくつかの実施例においては、計測した（又は、予め計測した）出力電圧の変化率に応じてΔｔの値を設定可能である。例えば、時間当たりの電圧の変化（以下においては、便宜上、これを「ＶＣＨ」と呼ぶ）が１０未満である場合には、Δｔを１２０秒に設定可能である。或いは、この代わりに、時間当たりの電圧の変化が１０を上回っている場合には、Δｔを２０秒に設定可能である。
【００７７】
いくつかの実施例においては、読取値の精度を改善するべく、読取値を処理可能である。例えば、すべての読取値について、４つのデータポイントを蓄積及び平均化可能である。これらのデータポイントは、例えば、すべてのΔインターバルにおいて取得可能である。いくつかの実施例においては、Δインターバルを、まず、５ｍＳに設定可能である。次いで、最高及び最低値を破棄可能である。
【００７８】
所望の数の読取値を取得した後に、ブロック６０６において、コントローラは、ＬＥＤをターンオフしている。この時点においては、前述の読み取られたデータは、後続の動作において使用するべく、データメモリ内に保存されている。
【００７９】
ブロック６０８において、最新の読取値又は出力電圧Ｖｔを（例えば、Ｖｔ−Δｔなどの）以前に取得した値から減算している。この差に３６００を乗算することにより、結果を時間に変換可能である。次いで、この積をΔｔによって除算することにより、ＶＣＨの傾きを提供可能である。換言すれば、１２０秒の期間にわたってサンプリングする際には、以下の式を使用することにより、時間当たりの電圧の変化を算出可能である。
ＶＣＨ＝［（Ｖt−Ｖt-Δt）／１２０秒］・３６００      ［式４］
【００８０】
ブロック６１０において、コントローラは、式１に従って（例えば、この例においては、式４を使用することによって）ＣＯ濃度を算出している。前述のように、パラメータＭ及びｋは、例えば、データメモリ内に保存されている（例えば、表１などの）表から取得可能である。この場合には、ブロック６０８において参照したＶｔの値を使用して表からＭの値を取得している。
【００８１】
ブロック６１２において、コントローラは、算出されたＣＯ値及び／又はその他の信号を処理し、適切なアクションを実行している。例えば、いくつかの実施例においては、コントローラは、ディスプレイ装置４１２にＣＯ濃度の演算値を（例えば、ｐｐｍを単位として）表示させる信号を生成可能である。
【００８２】
いくつかの実施例においては、センサ装置によって０ｐｐｍの値を表示する時期を判定するべく、様々な基準を設定可能である。例えば、ＶＣＨが−１Ｖ／Ｈｒ未満である際に、０ｐｐｍを表示可能である。更には、ＶＣＨが１Ｖ／Ｈｒを超過していると最初に計測された電圧をＶｔが上回った際に、０ｐｐｍを表示可能である。
【００８３】
いくつかの実施例においては、表示値が０ｐｐｍではなく、且つ、０ｐｐｍの条件が満足されてはおらず、且つ、ＶＣＨ＜１Ｖ／Ｈｒである際には、センサ装置は、以前に演算されたＣＯ濃度値を表示している。
【００８４】
或いは、この代わりに、表示値が０ｐｐｍである際には、センサ装置は、ＶＣＨ＞２Ｖ／Ｈとなる時点まで、この値の表示を継続することになる。いくつかの実施例においては、ＶＣＨ＞２Ｖ／Ｈは、７０ｐｐｍの条件に関係している。
【００８５】
コントローラは、ＣＯ値を１つ又は複数の閾値と比較可能である。例えば、アラーム状態が存在しているかどうかを通知する閾値とＣＯ値を比較可能である。
【００８６】
いくつかの実施例においては、（例えば、閾値などの）アラーム状態は、次のように定義されている。ＣＯ濃度（ＰＰＭ）が７０ｐｐｍ〜１５０ｐｐｍである際には、式「２４・ＰＰＭ−１２８０」を使用することにより、アラームするための時間（単位：秒）を算出可能である。ＣＯ濃度（ＰＰＭ）が１５０ｐｐｍ以上である際には、式「１８・ＰＰＭ−４５６」を使用することにより、アラームするための時間を算出可能である。
【００８７】
いくつかの実施例においては、アラームカウントが１６進の８００に到達した際に、アラーム状態に到達している。この場合には、Δｔごとに、アラーム増分だけ、アラームカウントの値を増分可能である。アラーム増分は、例えば、アラームするための時間・Δｔ／１０００であってよい。
【００８８】
いくつかの実施例においては、ＵＬアラーム時間要件をパスするように、アラーム増分を演算している。例えば、７０ｐｐｍ＋／−５ｐｐｍのＣＯ濃度の場合には、アラーム時間は、６０〜２４０分である。１５０ｐｐｍ＋／−５ｐｐｍのＣＯ濃度の場合には、アラーム時間は、１０〜５０分である。４００ｐｐｍ＋／−１０ｐｐｍのＣＯ濃度の場合には、アラーム時間は、４〜１５分である。
【００８９】
いくつからの実施例においては、米国特許第５，６２４，８４８号に記述されている技法に従ってアラーム状態を生成可能である。この特許の開示内容は、本引用により、本明細書に包含される。
【００９０】
アラームを起動する際には、コントローラは、例えば、ビープ装置及び／又はディスプレイ装置を起動するための１つ又は複数の適切な信号を生成している。又、いくつかの実施例においては、（例えば、Ｖｔ＜１．５Ｖなどの）飽和に到達した場合には、アラーム状態に到達した後に２０分が経過した時点で（例えば、「退避」と表示するなどの）追加のアラーム通知を提供可能である。
【００９１】
いくつかの実施例においては、コントローラは、ＣＯ値及び／又はその他の情報をブロック６１２において処理することにより、センサがその寿命の末期に到達したかどうかを判定可能である。この場合には、出力電圧に基づいて寿命の末期状態を通知可能である。例えば、センサの透明度は、センサの使用時間と共に／又は、反復的なターゲットガスへの露出に伴って低下可能である。従って、出力電圧が、例えば、ＣＯが存在しない際に、オリジナルの最大出力値の略２０％に低下した場合に（例えば、４Ｖの基準において０．８Ｖに低下した場合に）、センサがその寿命の末尾にあると見なすことができる。いくつかの実施例においては、タイマを使用してセンサの寿命の末尾を判定可能である。
【００９２】
図１０は、センサ装置の一実施例１０００の概略図である。この図面においては、内部コンポーネントを示すべく、装置１０００のハウジングの一部が切り取られている。
【００９３】
ハウジング１０１２内には、回路基板１００２、光導波路１００４、センサ１００６、及びフィルタ又はゲッタ１００８が取り付けられている。フィルタ／ゲッタ１００８は、空気がハウジング１０１２のポート１０１０からゲッタ１００８を通じてセンサ１００６に到達するように取り付けられている。
【００９４】
光導波路１００４は、（破線１０１４によって表されているように）ＬＥＤ１０２８からの光の少なくとも一部が光導波路１００４を通じてセンサ１００６に結合されるように、ハウジング１０１２内に取り付けられている。センサ１００６は、センサ１００６を透過する光１０１４の少なくとも一部がフォトダイオード１０１６に伝播するように、ハウジング１０１２内に取り付けられている。
【００９５】
ＬＥＤ１０２８、フォトダイオード１０１６、及びプロセッサ１０１８は、回路基板１００２上に取り付け可能である。更には、本明細書に記述されているものなどのその他のコンポーネントを回路基板１００２上に取り付け又はこれに装着することも可能である。例えば、ディスプレイ装置１０２０、アラーム１０２２、温度センサ１０２４、煙検出器１０２６、又はその他のコンポーネントを回路基板上に取り付け又はその他の方式によってこれに接続可能である。通常、ハウジング１０１２は、内部コンポーネントの中の１つ又は複数のものをシーリングするべく、密封シーリングを包含可能である。
【００９６】
様々なコンポーネント（例えば、ＬＥＤ、センサ、フォトダイオード、光導波路、ゲッタ、プロセッサ、ディスプレイ、アラーム、ハウジング、及び関連するコンポーネント）を使用することにより、本明細書に開示されている装置を実装可能であることを理解されたい。例えば、いくつかの実施例においては、ＬＥＤは、エバーライト・エレクトロニクス・カンパニー・リミティド（Everlight Electronic Co., Ltd.）社から販売されているＩＲ４２−２１Ｃ／ＴＲ８赤外線ＬＥＤであってよい。いくつかの実施例においては、センサは、米国特許第５，０６３，１６４号、第５，３０２，３５０号、第５，３４６，６７１号、第５，４０５，５８３号、第５，６１８，４９３号、第５，７９３，２９５号、第６，１７２，７５９号、第６，２５１，３４４号、及び第６，８１９，８１１号に記述されているセンサを有している。好ましくは、センサは、対象のレンジにおける所望の線形性の提供を実現するべく相対的に良好な安定性を有している。いくつかの実施例においては、フォトダイオードは、エバーライト・エレクトロニクス・カンパニー・リミティド（Everlight Electronic Co., Ltd.）社から販売されているＰＤ１５−２２Ｃ  ＰＩＮフォトダイオードであってよい。いくつかの実施例においては、光導波路は、（例えば、Ｌｅｘａｎ  １２１Ｒなどの）ポリカーボネートなどの材料から構築可能である。
【００９７】
フィルタ又はゲッタは、二酸化硫黄、三酸化硫黄、窒素酸化物、及びこれらに類似した酸性化合物などの酸性ガスを空気ストリームから除去可能である。いくつかの実施例においては、ゲッタは、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、及び水酸化マグネシウムなどの酸反応化学物質が含浸された多孔性のエアフィルタ基材を有している。更には、フィルタセクション又はゲッタは、アンモニアなどの塩基と反応するべく設計することも可能である。ゲッタは、シリカゲル又はその他の適切な基質上に含浸されたクエン酸、酒石酸、リン酸、モリブドケイ酸及びその他の酸、並びに、ポリマー酸から構成可能である。木炭のレイヤによって基礎レイヤから酸を分離可能である。有用な空気浄化システムは、多孔性フェルトなどの不活性材料によって分離された４〜５層の活性レイヤを包含可能である。空気浄化システムは、米国特許第６，２５１，３４４号の主題でもある。
【００９８】
図１１は、統合型のＣＯ及び煙検出器１１００内におけるセンサ１１１０の使用法を示している。このような組み合わせを使用することにより、もう１つのセンサの感度を増大させるための煙などの１つのセンサシステムからの相互機能強化（cross fertilization）により、早期火災検出の機能を強化可能である。又、火災検出装置は、熱、ＣＯ２、及び水素などのその他のセンサを内蔵することも可能である。複数検知型の火災検出の利点は、信頼性の向上と偽アラームの減少にある。火災検出システムの一実施例においては、煙粒子によって偏向又は散乱１１２１した光子１１２０に起因し、センサ１１１０の背後の光検出器１１４０に入射する光子の数が少なくなるように、光電煙センサを煙検出器と組み合わせている。この代わりに、散乱した光子１１２１は、煙回路内の暗い光検出器１１２５のセンサに入射している。光子源１１３０から放出された光子１１２０は、粒子が存在しない場合には、センサ１１１０を透過してフォトダイオードなどの光検出器１１４０に直接入射する。ＣＯセンサが暗くなり始めると、煙回路の感度が向上する。
【００９９】
図１２は、統合型のＣＯ／ＲＨ／Ｔ／煙検出器／アラーム装置の概略図を示している。本装置の検出チャンバ１２００内には、赤外線ＬＥＤ１２０３、赤色ＬＥＤ１２０２、赤外線フォトダイオード１２０４、及びワイドレンジフォトダイオード１２０１が取り付けられている。温度センサ１２０８が、検出チャンバ外において、但し、アラームエンクロージャ内に配置されている。本システム用のアルゴリズムは、マイクロコントローラ１２０７内に組み込まれている。マイクロコントローラは、各検出要素から、煙１２１０、センサを通じた赤色ＬＥＤの透過状態１２０５、センサを通じた赤外線ＬＥＤの透過状態１２０６、及び温度１２１０という４つの信号を受信するべく構成されている。マイクロコントローラ内に組み込まれているソフトウェアが、これらの信号間における計算を実行し、温度（「Ｔ」）、ＣＯレベル、相対湿度（「ＲＨ」）、及び煙に関する環境状態について判定を実行している。温度及びＲＨの急速な上昇は、火災の早期通知である。マイクロコントローラ内に組み込まれているアルゴリズムが、アラームをトリガするかどうか、並びに、その時期を判定することになる。このアルゴリズムは、様々な火災の状況における４つのパラメータの間の相関関係を含んでおり、このアラームが最も迅速な方式で応答するようになっている。
【０１００】
例えば、本システムは、アルゴリズムを使用することにより、ＣＯの読取値を解釈すると共に、ＣＯが検出された際に煙検出器を更に高感度にするように調節可能である。本システムは、ＣＯレベルが増大した際に、並びに／又は、ＣＯの変化率の増大に伴って、更なる感度調節を実行可能である。逆に、煙が検知された際には、本システムは、アラーム状態を起動することになるＣＯＨｂ又はＣＯレベルを低減可能である。
【０１０１】
本装置は、煙がすべての方向からアクセスできるように、湾曲した光トラッピングフィンを具備している。この点が、降下用抵抗器を使用して加熱煙突効果によって煙チャンバを通じたエアフローを向上させている特許第５，７９３，２９５号に記述されているＣＯ／煙アラームと比べた改善点である。
【０１０２】
相対湿度の急速な上昇を観察する能力を有する火災検出システムは、更なる利点を提供可能である。ＲＨ及び温度の両方の急速な上昇は、煙道の遮断や火災などの深刻な燃焼問題を通知している。ＣＯ及び湿度検出機能を温度及び煙（イオン及び／又は煙粒子）と組み合わせることにより、火災用の更に信頼性の高い早期警告システムが得られる。
【０１０３】
本明細書に記述されているセンサ装置は、様々な製品及びアプリケーションに使用可能である。例えば、本装置は、電池電源、ＡＣ電源、１２ボルトの低電源システム、並びに、電池バックアップを有するＡＣを利用したアプリケーションにおいて使用可能である。例示用の実施例においては、本装置の低電力バージョンの電流引出量は、スタンバイ動作において、２５ミリアンペアを下回っている。
【０１０４】
本センサ装置は、有線又はＲＦ波によって中央パネルと通信するアラームシステム内に内蔵可能である。この結果、デジタルＣＯ読取値を中央パネルに伝送可能である。中央パネルにおいて、本システムは、例えば、建物の内部における最高レベルの場所を処理可能である。更には、本システムは、計測パラメータの増大速度を処理することにより、計測パラメータの供給源を見出すと共に、例えば、火災又はＣＯの動きに関する情報を提供可能である。
【０１０５】
更には、いくつかの実施例は、ＲＶ又は自動車などの車両と共に使用可能である。例えば、運転中に、携帯型のセンサを車両のバイザやその他の場所（例えば、ダッシュボードや乗員のポケット又はベルト）に配置可能である。更には、作業場所において、作業員及び／又は請負業者、消防士、公益事業又はその他のサービス要員などをＣＯから保護するためなどに、車両外部のその他の場所において、又はバイザを具備していないフォークリフト及びこれに類似した車両上において、使用するべく、携帯型ユニットを容易に取り外すことも可能である。
【０１０６】
携帯型の製品は、容易に交換可能な一般的な電池によって動作可能である。センサシステムは、別個に、又は電池と共に交換可能である。３０ｐｐｍ未満のＣＯに応答可能である最も正確な検出器システムは、時々（１〜１５年）交換する必要がある１つ又は複数のセンサを包含可能である。これは、燃料電池の制御装置及び防火のための遠隔アプリケーションにおいて特に重要である。
【０１０７】
携帯型のＣＯ検出ユニットが充電式電池を含んでいる場合には、動作の際に車両内において、又は車両外において使用される際に、電池を充電可能である。充電式電池は、いくつかのアプリケーションにおいては、電池バックアップとして機能可能であり、これは、有利でもある。車両又はその他の供給源からの可能な配線による電力供給を絶縁した状態においてバックアップ電池を安全に交換できるように、装置を構成する必要がある。これは、電池又は別の絶縁手段にアクセスするためにユニットを電源から切断することを必要とする電池用の開口部によって実現可能である。燃料電池によって電力供給されている電気自動車などの特定の車両は、炭化水素を、水素、二酸化炭素、及び一酸化炭素に変換するための炭化水素リフォーマを有することができる。ＣＯ検知システムは、燃料電池によって生成される主車両電源又はその他の発電手段とは切り離された状態で動作可能であり、且つ、電池バックアップシステムを具備することも可能である。いくつかの環境においては、ＣＯに加えて、重要なインドアの空気品質パラメータであることから、湿度及び温度を検出可能である。
【０１０８】
前述のＣＯセンサ技術は、小型のＣＯ検出器又はデジタルモニタ内に内蔵可能である。本センサは、例えば、換気制御装置、医療用装置の燃料電池、及びデジタルモニタ、並びに、アラーム内において使用可能である。
【０１０９】
ターゲットがＣＯであると共に、センサが、（例えば、それぞれが米国特許第６，０９６，５６０号に記述されている異なるレンジを具備した）ＣＯに光学的に応答する１つ又は複数のセンサを有している場合には、本システムは、更に大きなレンジを有するセンサに自動的に切り換え可能である。このセンサを米国特許第６，２５１，３４４号に記述されている同一の湿度及び空気品質制御方法によって保護可能である。湿度及び空気品質管理システムを採用することにより、これらのセンサは、更なる選択性を有すると共に、制御システムを有するものよりも長寿命となる。
【０１１０】
いくつかの実施例は、検知装置内の雑音を低減する方法及び／又は装置に関係している。一般に、信号及び安全検知装置は、電磁気雑音及び干渉（ＥＭＩ）を経験している。例えば、電磁気信号は、アラーム信号又は制御信号と干渉可能である。検知ハウジングのすべて又は一部を導電性又は更に導電性にすることにより、雑音及び／又はその他の干渉を低減すると共にセンサの信号対雑音比を改善する手段を実現可能である。このような検知を中心とした導電性手段は、例えば、センサからの雑音を低減することにより、潜在的な干渉及び雑音を低減するべく有用である。ハウジングを導電性にするかどうかの判断は、センサのタイプに応じて実行可能である。例えば、特定のタイプのセンサは、その他のタイプのセンサよりも多くの雑音を生成可能である。
【０１１１】
導電性プラスチック、導電性ポリマー、金属、（例えば、金属などの）導電性コーティングされたプラスチック、複合材料、これらの混合体、又はその他の技術を使用して検知ハウジング又は検知装置内の別のハウジング構造の一部又はすべてを実装することにより、導電性手段を実現可能である。導電性プラスチック、又は薄い金属によってコーティングされたプラスチックを使用することにより、検知装置の１つ又は複数のコンポーネントを収容可能な非導電性チャンバに導電性を付与するための相対的に低コストの方法を提供可能である。
【０１１２】
いくつかの実施例においては、検知装置は、検知要素を導電性にすることにより、ＥＭＩからの雑音及び干渉を低減可能である。検知装置は、センサを中心とした導電性プラスチックのセンサハウジング、又は金属ハウジング、又は絶縁性である不活性レイヤと導電性である外部レイヤの混合物を有することが可能である。
【０１１３】
いくつかの実施例においては、検知装置は、導電性プラスチックハウジングを使用して光学検知コンポーネントを包囲している光学センサの信号内の雑音を低減している。検知装置は、ＬＥＤと、フォトダイオードと、ＬＥＤとフォトダイオードの光子経路の間に配置された計測対象のガスの関数としてその光学透過率を変化させる検知要素と、を有することができる。
【０１１４】
このような検知装置に対して様々な変更及び機能強化を適用可能である。例えば、いくつかの実施例においては、外部導電性レイヤを内部非導電性材料上に形成可能である。いくつかの実施例においては、導電性コーティングは、金、パラジウム、プラチナ、チタニウム、ニオビウム、ビスマス、銀、鉛、鉄、ニッケル、銅、すず、亜鉛、アルミニウム、クロム、或いは、はんだ、ステンレス鋼、青銅、真鍮などの容易に腐食しない合金、並びに、マグネシウムとリチウム、ベリリウムと銅、カドミウムとその他の金属合金からなるその他の類似した合金のグループから選択された少なくとも１つの金属である。いくつかの実施例においては、検知装置は、絶縁性プラスチック内に収容された電気化学センサを有しており、この絶縁性プラスチックは、電磁気信号からの雑音を低減するべく導電性材料によってコーティングされている。
【０１１５】
本明細書に記述されているさまざまなコンポーネント及び特徴は、その他のコンポーネント及び特徴とは独立的に装置内に内蔵可能であることを理解されたい。例えば、本明細書の開示内容を内蔵した装置は、これらのコンポーネント及び特徴の様々な組み合わせを包含可能である。従って、このようなすべての装置内に、本明細書に記述されているコンポーネント及び特徴のすべてを採用する必要はない。
【０１１６】
開示されている実施例における特定の構造及びプロセスに対する参照は、本明細書に提供されている開示内容に従ってこれら及びその他の実施例において使用可能である構造及びプロセスの一例に過ぎないものと理解されたい。従って、「である（「ｉｓ」、「ａｒｅ」）」などのさもなければ限定的な用語法は、「であってよい（「ｍａｙ  ｂｅ」）」などのその限定性の程度が低い意味を包含するものと理解されたい。
【０１１７】
本発明の様々な実施例は、様々なハードウェア及びソフトウェア処理コンポーネントを包含可能である。本発明のいくつかの実施例においては、本発明に従って構築されたシステム内において、コントローラ、状態機械、及び／又はロジックなどのハードウェアコンポーネントを使用している。いくつかの実施例においては、１つ又は複数の処理装置上において稼動するソフトウェア又はファームウェアなどのコードを使用することにより、記述されている動作の１つ又は複数のものを実装可能である。
【０１１８】
このようなコンポーネントは、１つ又は複数の集積回路上において実装可能である。例えば、いくつかの実施例においては、これらのコンポーネントのいくつかのものを単一の集積回路内において組み合わせることができる。いくつかの実施例においては、コンポーネントのいくつかのものを単一の集積回路として実装可能である。いくつかの実施例においては、いくつかのコンポーネントをいくつかの集積回路として実装可能である。
【０１１９】
本明細書に記述されているコンポーネント及び機能は、多くの異なる方法によって接続／結合可能である。これを実行する方式は、それらのコンポーネントがその他のコンポーネントから分離されているかどうかに部分的に依存可能である。いくつかの実施例においては、図面中にリード線によって表されている接続のいくつかは、集積回路内及び／又は回路基板上にあるものであってよい。
【０１２０】
本明細書に記述されている信号は、いくつかの形態を有することができる。例えば、いくつかの実施例においては、信号は、ワイヤ上において伝送される電気信号であってよく、その他の信号は、光ファイバ上において伝送される光パルスから構成可能である。
【０１２１】
信号は、複数の信号を有することができる。例えば、信号は、一連の信号から構成可能である。又、差分信号は、２つの補完的な信号又はなんらかのその他の信号の組み合わせを有することができる。更には、本明細書においては、信号のグループを集合的に信号と呼称可能である。
【０１２２】
又、本明細書に記述されている信号は、データの形態を有することも可能である。例えば、いくつかの実施例においては、アプリケーションプログラムは、信号を別のアプリケーションプログラムに送信可能である。このような信号は、データメモリ内に保存可能である。
【０１２３】
本明細書に記述されているコンポーネント及び機能は、直接的又は間接的に接続／結合可能である。従って、いくつかの実施例においては、接続／結合されたコンポーネントの間に介在する装置（例えば、バッファ）が、存在していてもよく、或いは、存在していなくてもよい。
【０１２４】
様々な装置を使用することにより、本明細書に記述されているデータメモリを実装可能である。例えば、データメモリは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＯＴＰ（One-Time-Programmable）メモリ、又はその他のタイプのデータストレージ装置を有することができる。
【０１２５】
以上、特定の模範的な実施例について、詳細に説明すると共に、添付図面に図示しているが、これら実施例は、例示を目的としたものに過ぎず、広範な本発明を限定することを意図したものではないことを理解されたい。特に、本発明の開示内容は、様々なシステム及びプロセスに適用されることを認識されたい。従って、その広範な発明の範囲を逸脱することなしに、前述の本発明の例示用の及びその他の実施例に対して様々な変更を実施可能であることを認識されたい。
【０１２６】
例えば、本明細書の開示内容に従って構築された装置内において、（例えば、可視光などの）様々なタイプの光源及び光検出器を使用可能である。更には、様々なタイプのセンサを使用可能であり、且つ、（例えば、ＣＯ以外のものなどの）様々なターゲットガス又は蒸気又は毒素に対して反応するように、これらのセンサを構成可能である。例えば、センサは、例えば、米国特許第５，０６３，１６４号に記述されているように、水銀、エチレン酸化物、揮発性有機材料、硫化水素などを検出するべく適合可能である。一次微分係数能動回路又はその他の回路を使用することにより、傾きの値を直接的に出力可能である。電圧を抵抗器から直接的に読み取ることができるように、フォトダイオードと並列に配置された抵抗器によって電流／電圧変換器を置換可能であろう。この場合には、アナログ／デジタル変換器との関連においてコントローラの高インピーダンス入力を使用することにより、電圧値を読み取ることができる。
【０１２７】
以上の内容に鑑み、本発明は、開示された特定の実施例又は構成に限定されるものではなく、むしろ、添付の請求項に定義されている本発明の範囲及び精神に含まれるあらゆる変更、適合、又は変形を包含することを意図するものであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明に従って構築されたセンサ装置の一実施例を概略的に示すブロック図である。
【図２】出力電圧と時間の関係の一例の概略的なグラフを示す図である。
【図３】本発明に従って実行可能なガス濃度検出動作の一実施例のフローチャートである。
【図４】本発明に従って構築されたセンサ装置の一実施例を概略的に示すブロック図及び回路図である。
【図５】本発明に従って実行可能な初期化、構成、及び較正動作の一実施例のフローチャートである。
【図６】本発明に従って実行可能なガス濃度検出動作の一実施例のフローチャートである。
【図７】出力電圧の変化率と出力電圧の関係の一例の概略的なグラフを示す図である。
【図８】様々な温度におけるガス濃度と傾きの関係の一例の概略的なグラフを示す図である。
【図９】様々な出力電圧におけるガス濃度と傾きの関係の一例の概略的なグラフを示す図である。
【図１０】本発明に従って構築されたセンサ装置の一実施例の概略図である。
【図１１】もう１つのセンサの感度を増大させるための１つのセンサからの相互機能強化（cross-fertilization）により、早期火災検出の機能を強化する、統合型のＣＯ及び煙検出器内におけるセンサ要素の使用法の一実施例を示す図である。
【図１２】多数の統合型のセンサ、即ち、ＣＯ、ＲＨ、Ｔ、及び煙、並びに／或いは、イオンセンサを有する火災検出器の一実施例の概略図である。
【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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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年3月27日(2008.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光子源と、
ターゲットガスの濃度に従って変化する光学特性を具備したセンサと、
前記センサを透過した前記光子源からの光子を検出するべく前記センサ及び前記光子源と光学的に結合された光子検出器であって、前記検出された光子に従って出力信号を生成するべく構成された光子検出器と、
前記光子検出器に結合され、且つ、前記出力信号の変化率と、少なくとも１つの予め定義された傾きと、に従って前記ターゲットガスの濃度レベルを算出するべく適合されたプロセッサであって、前記算出された濃度レベルに従って少なくとも１つの通知を提供するべく更に適合されているプロセッサと、
前記出力信号をデジタル出力信号に変換するべく前記光子検出器に結合されたアナログ／デジタル変換器と、を備え、前記プロセッサは、前記デジタル出力信号を処理して前記ターゲットガスの前記濃度レベルを算出するターゲットガスの存在を検知する装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記出力信号の所与の値における前記出力信号の変化率と関連付けられている請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記アナログ／デジタル変換器を含むマイクロプロセッサであり、一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記プロセッサは、出力電圧、温度、及びターゲットガスの濃度の相互依存性に関係した経験的計測値に基づいた一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記プロセッサは、前記出力信号及び前記出力信号の前記変化率と関連付けられた少なくとも１つの予め定義された傾きに基づいた一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、データメモリ内に保存される請求項５に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの予め定義された傾きは、そのそれぞれが前記出力電圧のレンジと関連付けられた複数の傾きを備える請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記出力信号の複数のレンジと関連付けられた複数の傾きの中の１つを備える請求項３に記載の装置。
【請求項９】
それぞれの傾きは、前記レンジの中の１つと関連付けられた傾きの平均値である請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記プロセッサは、補償係数に従って前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項３に記載の装置。
【請求項１１】
前記補償係数は、データメモリ内に保存される請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、そのそれぞれが前記出力電圧のレンジと関連付けられた複数の傾きを有しており、
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記補償係数によって乗算される請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
光学ガスセンサシステムを使用してターゲットガスの濃度をデジタル的に判定する方法であって、
ターゲットガスに露出した際に、センサの光学透過率値と関連付けられた出力信号を計測する段階と、
第１回目及び先行する第２回目における前記出力信号の値を減算することにより、前記２回の間における前記出力信号の変化率を判定する段階と、
前記変化率と、前記第１回目における前記出力信号の前記値と、少なくとも１つの予め定義された傾きと、一次方程式と、を使用し、前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記出力信号の所与の値における前記出力信号の変化率と関連付けられている前記ターゲットガスの濃度レベルを算出する段階と、
前記算出された濃度レベルに従って具体的な出力イベントを提供する段階と、
を備える方法。
【請求項１４】
前記ターゲットガスの前記算出された濃度値を既定のアラーム値と比較する段階と、危険な状態が存在している場合にアラームをトリガする段階と、を備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記一次方程式は、出力電圧、温度、及びターゲットガスの濃度の相互依存性に関係した経験的計測値に基づいている請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、データメモリ内に保存される請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、そのそれぞれが前記出力電圧のレンジと関連付けられた複数の傾きを備え、前記レンジは、応答曲線の一次の近似を提供する請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、前記出力信号の複数のレンジと関連付けられた複数の傾きの中の１つを備える請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
それぞれの傾きは、前記レンジの中の１つと関連付けられた傾きの平均値である請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ガス濃度を補償係数に従って算出する段階を備える請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記補償係数は、データメモリ内に保存される請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの予め定義された傾きは、そのそれぞれが前記出力電圧のレンジと関連付けられた複数の傾きを有しており、
前記少なくとも１つの傾きは、前記補償係数によって乗算される請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
ターゲットガスの濃度に従って変化する光学特性を具備したセンサを提供する段階と、
検出器により前記センサの複数の初期読取を実行する段階と、
前記検出器による前記センサの複数の後続の読取を実行する段階であって、それぞれの後続の読取は、隣接する初期読取の後に既定の回数にわたって実行される、段階と、
前記検出器をバイアスして線形応答を提供する段階と、
隣接する後続の読取値から前記初期読取値を減算して複数の差分を生成する段階と、
前記差分を除算して出力信号の変化率を生成する段階と、
前記変化率に既定の傾きを乗算して積の値を提供する段階と、
既定の定数を前記積の値に加算して前記ターゲットガスの濃度レベルを提供する段階と、
を備えるターゲットガスの存在を検知する方法。
【請求項２４】
前記濃度レベルに従って通知を生成する段階を備える請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記濃度レベルに従って少なくとも１つのアラームモードに入る段階を備える請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
ターゲットガスの濃度に従って変化する光学特性を具備したセンサを提供する段階と、
前記センサを透過した光子を検出する段階と、
前記検出された光子に従って出力信号を生成する段階と、
前記出力信号をデジタル信号に変換する段階と、
前記デジタル信号の値に従って前記センサの寿命の末期状態を識別する段階と、
を備えるセンサの寿命の末期状態を識別する方法。
【請求項２７】
前記デジタル信号の値を閾値と比較する段階を備える請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記識別された寿命の末期状態に従って通知を生成する段階を備える請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
光子源と、
ターゲットガスの濃度に従って変化する光学特性を具備したセンサと、
前記センサを透過した前記光子源からの光子を検出するべく前記センサ及び前記光子源と光学的に結合された光子検出器であって、少なくとも１つの実質的に線形の出力信号レンジが動作レンジ内において提供されるように、前記検出された光子に応答して略１ボルト〜４ボルトの前記動作レンジ内において出力信号を生成すべくバイアスされている光子検出器と、
前記出力信号をデジタル出力信号に変換するべく前記光子検出器に結合されたアナログ／デジタル変換器と、
前記アナログ／デジタル変換器から前記デジタル出力信号を受信するべく結合されたプロセッサであって、前記プロセッサは、前記少なくとも１つの実質的に線形の出力信号レンジに従って前記ターゲットガスの濃度レベルを算出するべく適合されており、前記プロセッサは、前記算出された濃度レベルに従って少なくとも１つの通知を提供するべく更に適合されているプロセッサと、
を備えるターゲットガスの存在を検知する装置。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの実質的に線形の出力信号レンジは、複数の線形レンジを備える請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記プロセッサは、前記線形レンジと関連付けられた一次方程式を使用して前記ガス濃度を算出するべく適合されている請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記光子源は、少なくとも１つのＬＥＤを有しており、前記光子検出器は、少なくとも１つのフォトダイオードを備える請求項２９に記載の装置。
【請求項３３】
検知要素を導電性にすることによってＥＭＩからの雑音及び干渉を低減する光学ガス検知装置であって、
センサに対するハウジングを備え、該ハウジングは、
ａ）導電性プラスチックのハウジング、
ｂ）金属のハウジング、
ｃ）絶縁性である不活性レイヤ及び導電性である外部レイヤを有するハウジング、並びに、
ｄ）導電性コーティングされた非導電性材料を有するハウジングからなるグループから選択される検知装置。
【請求項３４】
前記導電性コーティングは、
金、パラジウム、プラチナ、チタニウム、ニオビウム、ビスマス、銀、鉛、鉄、ニッケル、銅、すず、亜鉛、アルミニウム、クロム、及びそれらの組み合わせ、
耐腐食性の合金、
金属の腐食性を最小限にする材料、並びに、
それらの組み合わせからなるグループから選択される請求項３３に記載の検知装置。
【請求項３５】
絶縁性プラスチック内に収容された電気化学センサを備え、前記絶縁性プラスチックは、電磁気信号からの雑音を低減するべく、導電性材料によってコーティングされている請求項３３に記載の検知装置。
【請求項３６】
前記耐腐食性の合金は、はんだ、ステンレス鋼、青銅、真鍮、並びに、マグネシウムとリチウムの合金、ベリリウムと銅の合金、カドミウムとその他の金属の合金からなるグループから選択される請求項３４に記載の検知装置。
【国際調査報告】
2009506329.tif 000016
2009506329.tif 000017
2009506329.tif 000018
2009506329.tif 000019