(57)【要約】【課題】  センサ特性によって変動するＣＯ2濃度を補正する。【解決手段】  光を発する光源１０と、光を受光面にて受光すると共に、光の強度に応じたレベルの電気信号を発生させる第１およびＩＲセンサ２１、２２と、第２ＩＲセンサ２２の受光面上に配置され、ＣＯ2ガスの光吸収波長を含む光を通過させるＣＯ2濃度依存フィルタ３０と、第２ＩＲセンサ２２の起電圧を第１ＩＲセンサ２１の起電圧で割り算した値を電圧比とし、この電圧比を算出する比較部４０と、を備えている。そして、温度センサ５１および湿度センサ５２にて第１ＩＲセンサ２１の温度および湿度を検出する。補正部６０は、センサ特性として第１ＩＲセンサ２１における起電圧の温度特性および湿度特性を有し、第１ＩＲセンサ２１の起電圧、温度、湿度、そして起電圧の温度特性および湿度特性に基づき、電圧比の値を補正する。【選択図】        図１
2006038721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中に含まれるＣＯ2ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置であって、
光を発する光源（１０）と、
受光面が前記光源に対向するように配置され、前記光を前記受光面にて受光すると共に、前記光の強度に応じたレベルの電気信号を発生させる第１のセンサ（２１）および第２のセンサ（２２）と、
前記第２のセンサの受光面上に配置され、前記ＣＯ2ガスの光吸収波長を含む光を通過させた後にその光を前記第２のセンサに導くフィルタ（３０）と、
前記第１のセンサの電気信号と前記第２のセンサの電気信号とに基づき、前記ＣＯ2ガスの濃度を示すパラメータを算出する比較部（４０）と、
前記第１のセンサの温度を検出する温度検出部（５１）と、
前記パラメータおよび前記温度を入力すると共に、この温度を用いて前記パラメータを補正する補正部（６０）と、を有することを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
前記比較部は、前記パラメータとして前記第２のセンサの電気信号を前記第１のセンサの電気信号で割り算した値となる信号比を算出し、
前記補正部は、センサ特性として前記第１のセンサにおける電気信号の温度特性を有し、前記第１のセンサの電気信号、前記信号比、および前記温度を入力すると共に、前記第１のセンサの電気信号、前記温度、そして前記電気信号の温度特性に基づき、前記信号比を補正するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のガス濃度検出装置。
【請求項３】
空気中に含まれるＣＯ2ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置であって、
光を発する光源（１０）と、
受光面が前記光源に対向するように配置され、前記光を前記受光面にて受光すると共に、前記光の強度に応じたレベルの電気信号を発生させる第１のセンサ（２１）および第２のセンサ（２２）と、
前記第２のセンサの受光面上に配置され、前記ＣＯ2ガスの光吸収波長を含む光を通過させた後にその光を前記第２のセンサに導くフィルタ（３０）と、
前記第１のセンサの電気信号と前記第２のセンサの電気信号とに基づき、前記ＣＯ2ガスの濃度を示すパラメータを算出する比較部（４０）と、
前記第１のセンサ近傍の湿度を検出する湿度検出部（５２）と、
前記パラメータおよび前記湿度を入力すると共に、この湿度を用いて前記パラメータを補正する補正部（６０）と、を有することを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項４】
前記比較部は、前記第２のセンサの電気信号を前記第１のセンサの電気信号で割り算した値となる信号比を算出し、
前記補正部は、センサ特性として前記第１のセンサにおける電気信号の湿度特性を有し、前記第１のセンサの電気信号、前記信号比、および前記湿度を入力すると共に、前記第１のセンサの電気信号、前記湿度、そして前記電気信号の湿度特性に基づき、前記信号比を補正するようになっていることを特徴とする請求項３に記載のガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ2（二酸化炭素）ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、大気中のガス濃度、特に、ＣＯ2濃度を検出するガス濃度検出装置が知られている。図３は、従来のガス濃度検出装置のブロック構成図である。ガス濃度検出装置は、赤外光を含む光を発する光源１０と、入射する赤外光の強度に応じて起電圧を発生し、この起電圧を電圧信号として出力する第１および第２ＩＲセンサ２１、２２と、所定の波長のみを通過させるバンドパスフィルタで構成されるＣＯ2濃度依存フィルタ３０と、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２から出力される電圧信号の比を求める比較部４０と、を備えて構成されている。
【０００３】
このＣＯ2濃度依存フィルタ３０は、図３に示されるように、例えば第２ＩＲセンサの受光面に対向する位置に配置されている。また、このＣＯ2濃度依存フィルタ３０は、ＣＯ2ガスの光吸収波長とほぼ同じ波長の光を通過させるようになっている。
【０００４】
上記のようなガス濃度検出装置にＣＯ2が導入されると、ＣＯ2ガスが光源１０から発せられる光において特定の波長の光を吸収する。これに伴い、ＣＯ2濃度依存フィルタ３０を通過する光の強度が低下する。したがって、第２ＩＲセンサ２２に生じる起電圧が低下する。この第２ＩＲセンサ２２の起電圧をモニタすることにより、装置内部に導入されるＣＯ2濃度を検出することができる。
【０００５】
さらに、比較部４０において、第１ＩＲセンサ２１の起電圧をリファレンスとして、第２ＩＲセンサ２１起電圧を第１ＩＲセンサ２１の起電圧で割り算することで比（以下、電圧比という）を求める。これにより、光源１０から発せられる光の強度の変動に依存しないＣＯ2濃度を得ることができるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２のセンサ特性、例えば起電圧の温度特性の影響が考慮されていない。すなわち、各センサ２１、２２がさらされる環境に伴い、それぞれのセンサ２１、２２に発生する起電圧が変動してしまうという問題が生じる。それにより、比較部４０にて得られる電圧比も変動してしまい、正確なＣＯ2濃度を得られない可能性が生じる。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、センサ特性によって変動するＣＯ2濃度を補正することができるガス濃度検出装置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、請求項１に記載の発明では、空気中に含まれるＣＯ2ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置であって、光を発する光源（１０）と、受光面が光源に対向するように配置され、光を受光面にて受光すると共に、光の強度に応じたレベルの電気信号を発生させる第１のセンサ（２１）および第２のセンサ（２２）と、第２のセンサの受光面上に配置され、ＣＯ2ガスの光吸収波長を含む光を通過させた後にその光を第２のセンサに導くフィルタ（３０）と、第１のセンサの電気信号と第２のセンサの電気信号とに基づき、ＣＯ2ガスの濃度を示すパラメータを算出する比較部（４０）と、第１のセンサの温度を検出する温度検出部（５１）と、パラメータおよび温度を入力すると共に、この温度を用いてパラメータを補正する補正部（６０）と、を有することを特徴としている。
【０００９】
このように、ＣＯ2ガスの濃度を示すパラメータを、第１のセンサの温度を用いて補正する。これにより、得られるＣＯ2ガスの濃度を温度に依存しない値とすることができる。このようにして、ＣＯ2ガス濃度を補正することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、比較部は、パラメータとして第２のセンサの電気信号を第１のセンサの電気信号で割り算した値となる信号比を算出し、補正部は、センサ特性として第１のセンサにおける電気信号の温度特性を有し、第１のセンサの電気信号、信号比、および温度を入力すると共に、第１のセンサの電気信号、温度、そして電気信号の温度特性に基づき、信号比を補正するようになっていることを特徴としている。
【００１１】
このように、第２のセンサの電圧信号を第１のセンサにて割る。これにより、光源から発せられる光の強度の変動に依存しないＣＯ2濃度を得ることができる。そして、第１のセンサの温度を測定し、この温度と第１のセンサの電気信号とを補正部に入力している。これにより、補正部にて信号比を第１のセンサの電気信号の温度特性に応じた値（すなわち、ＣＯ2濃度）に補正することができる。したがって、センサ特性、特に温度特性の影響を考慮した、より正確なＣＯ2濃度を得ることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、空気中に含まれるＣＯ2ガスの濃度を検出するガス濃度検出装置であって、光を発する光源（１０）と、受光面が光源に対向するように配置され、光を受光面にて受光すると共に、光の強度に応じたレベルの電気信号を発生させる第１のセンサ（２１）および第２のセンサ（２２）と、第２のセンサの受光面上に配置され、ＣＯ2ガスの光吸収波長を含む光を通過させた後にその光を第２のセンサに導くフィルタ（３０）と、第１のセンサの電気信号と第２のセンサの電気信号とに基づき、ＣＯ2ガスの濃度を示すパラメータを算出する比較部（４０）と、第１のセンサ近傍の湿度を検出する湿度検出部（５２）と、パラメータおよび湿度を入力すると共に、この湿度を用いてパラメータを補正する補正部（６０）と、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように、ＣＯ2ガスの濃度を示すパラメータを、第１のセンサ近傍の湿度を用いて補正する。これにより、得られるＣＯ2ガスの濃度を湿度に依存しない値とすることができる。このようにして、ＣＯ2ガス濃度を補正することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、比較部は、第２のセンサの電気信号を第１のセンサの電気信号で割り算した値となる信号比を算出し、補正部は、センサ特性として第１のセンサにおける電気信号の湿度特性を有し、第１のセンサの電気信号、信号比、および湿度を入力すると共に、第１のセンサの電気信号、湿度、そして電気信号の湿度特性に基づき、信号比を補正するようになっていることを特徴としている。
【００１５】
このように、第１のセンサがさらされる湿度を検出する。これにより、信号比を湿度にて補正することができ、湿度に依存しないＣＯ2濃度を得ることができる。
【００１６】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。以下では、図３に示す構成要素と同一のものには、同一符号を記してある。また、限定するものではないが、本発明の一実施形態に係るガス濃度検出装置は、車両の車室内に設置され、車室内のガス濃度、特にＣＯ2濃度を検出するものである。
【００１８】
図１は、ガス濃度検出装置のブロック構成図である。図１に示されるように、ガス濃度検出装置は、光源１０と、第１ＩＲセンサ２１と、第２ＩＲセンサ２２と、ＣＯ2濃度依存フィルタ３０と、比較部４０と、温度センサ５１と、湿度センサ５２と、補正部６０と、を備えて構成されている。
【００１９】
光源１０は、光、特に赤外光を発するものである。この光源１０は、赤外光を発するものであれば良く、例えばランプが採用される。
【００２０】
第１および第２ＩＲセンサ２１、２２は、赤外光を検出する周知の光センサである。これら各センサ２１、２２は、例えば半導体基板に形成された半導体素子を受光面として構成される。このような各センサ２１、２２においては、その受光面が光源１０に対向するように配置されると共に受光面に入射する赤外光の強度に応じた起電圧を発生させ、この起電圧を電圧信号として出力する。
【００２１】
なお、本実施形態では、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２において、同じセンサ特性を有するものを用いることとする。また、第１ＩＲセンサ２１は本発明の第１のセンサ、第２ＩＲセンサ２２は本発明の第２のセンサに相当する。
【００２２】
また、上記のように、本実施形態では、２つのＩＲセンサが用いられる。このうち、第１ＩＲセンサ２１は、電圧比を算出する際のリファレンス（参照電圧）としての起電圧を出力する。これは、光源１０から発せられる光の強度が常に一定ではないため、後述する電圧比の値が常に光源１０の光の強度に依存しない値となるようにするためである。また、第２ＩＲセンサ２２は、ＣＯ2濃度を検出する役割を果たすものであり、ＣＯ2濃度に応じた起電圧を発生する。
【００２３】
ＣＯ2濃度依存フィルタ３０は、所定の波長の光のみを通過させる、いわゆるバンドパスフィルタである。本実施形態では、所定の波長とは、すなわち、ＣＯ2ガスの光吸収波長である。また、ＣＯ2濃度依存フィルタ３０は、図１に示されるように、第２ＩＲフィルタ２２の受光面に対向する位置に配置される。なお、ＣＯ2濃度依存フィルタ３０は、本発明のフィルタに相当する。
【００２４】
比較部４０は、第１および第２ＩＲフィルタ２１、２２からそれぞれ入力される電圧信号の比、すなわち電圧比（信号比）を算出するものである。本実施形態では、比較部４０は、第１ＩＲフィルタ２１にて検出される起電圧をリファレンス（基準）とする。この電圧比が、ＣＯ2ガスの濃度を示すパラメータとなる。上述のように、ＣＯ2濃度が上昇すると、第２ＩＲセンサ２２に生じる起電圧が低下する。したがって、電圧比が１に近いほどＣＯ2濃度は低く、電圧比が０に近いほど、ＣＯ2濃度が高いと言える。
【００２５】
温度センサ５１は、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２がさらされる温度を測定するものであり、例えばサーミスタを備えて構成される。つまり、温度センサ５１は、温度によってサーミスタに生じる起電圧を測定し、この起電圧を温度に変換して出力する。なお、温度センサ５は、本発明の温度検出部に相当する。
【００２６】
湿度センサ５２は、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２がさらされる湿度を測定するものであり、例えばコンデンサを備えて構成される。湿度センサ５２は、コンデンサが湿気を吸収するとその容量が変化することを利用したものであり、この容量の変化を検出すると共にこの容量を湿度に変換して出力する。なお、コンデンサは水分を失うと元の容量に戻る。また、湿度センサ５２は、本発明の湿度検出部に相当する。
【００２７】
補正部６０は、比較部４０から入力される電圧比を補正して本装置のセンサ出力として出力するものであり、補正回路やメモリを備えた構成となっている。このメモリには、第１ＩＲセンサ２１のセンサ特性に応じて電圧比を補正する補正パラメータが記憶されている。そして、補正部６０は、入力される温度および湿度の値、そして第１ＩＲセンサ２１の起電圧から補正パラメータを決定し、この補正パラメータを用いて補正回路にて電圧比を補正する。
【００２８】
具体的には、あらかじめ第１ＩＲセンサ２１のセンサ特性、すなわち、起電圧の温度特性および湿度特性を調べておく。そして、上記温度センサ５１および湿度センサ５２にて検出される温度および湿度の値に基づき、第１ＩＲセンサ２１の起電圧の温度特性および湿度特性に応じた補正パラメータを設定する。こうして設定された補正パラメータを上記補正部６０のメモリにあらかじめ記憶しておく。
【００２９】
図２は、ＣＯ2濃度（すなわち電圧比）に対するセンサ出力を示した図である。図２に示されるように、ＣＯ2濃度とセンサ出力との間には、上記補正パラメータによって比例関係が結ばれている。この比例関係を表す線形直線は、上述のように、温度および湿度によって決まる補正パラメータに基づき設定されるものであり、装置が製造される際に、あらかじめメモリに記憶される。
【００３０】
したがって、比較部４０にて算出された電圧比（ＣＯ2濃度）を、温度および湿度によって決まる補正パラメータにて補正することにより、センサ特性を考慮した電圧比、言い換えると温度および湿度に依存しない電圧比をセンサ出力とすることができる。
【００３１】
このように、補正部６０は、上記第１ＩＲセンサ２１、温度センサ５１、湿度センサ５２からの信号を入力すると共に、メモリに記憶された補正パラメータに基づき、比較部４０から入力される電圧比を補正回路にて補正する。
【００３２】
以上が、ガス濃度検出装置の構成である。ガス濃度検出装置は、例えばＣＯ2導入口および排出口が設けられたケース内に光源１０、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２、ＣＯ2濃度依存フィルタ３０、温度センサ５１、湿度センサ５２がそれぞれ所定の位置に設置され、ケースの外部に比較部４０、補正部６０が配置された状態となっている。
【００３３】
続いて、本装置の作動について説明する。まず、光源１０から光が発せられると共に本装置内部に空気が導入される。そして、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２にそれぞれ光源１０から発せられる赤外光の強度に応じた起電圧が発生し、その起電圧が電圧信号としてそれぞれ出力される。
【００３４】
具体的には、第１ＩＲフィルタ２１においては、光源１０から発せられる光、特に赤外光の強度に応じた起電圧を発生し、この起電圧が電圧信号として比較部４０および補正部６０にそれぞれ出力される。
【００３５】
また、本装置内部に導入される空気中のＣＯ2濃度が上昇すると、光源１０から発せられる光において特定の波長の光がＣＯ2ガスに吸収される。このため、ＣＯ2濃度依存フィルタ３０に入射される光の強度が低下し、第２ＩＲフィルタ２２に生じる起電圧が低下する。したがって、第２ＩＲフィルタ２２においては、本装置内部に導入されたＣＯ2濃度に依存した起電圧が発生し、この起電圧に応じた電圧信号が比較部４０に出力される。
【００３６】
そして、比較部４０に第１および第２ＩＲフィルタ２１、２２からそれぞれ電圧信号が入力されると、この比較部部４０にて電圧比が算出される。この電圧比は、第２ＩＲセンサ２２の電圧信号を、第１ＩＲセンサ２１の電圧信号にて割り算することで算出される。このように、第１ＩＲセンサ２１の電圧信号にて割り算を行うことで、光源１０から発せられる光の強度の変動に依存することなく、ＣＯ2濃度を算出することができる。こうして算出された電圧比は補正部６０に出力される。
【００３７】
また、温度センサ５１および湿度センサ５２にて、温度、湿度がそれぞれ検出され、補正部６０にそれぞれ出力される。したがって、補正部６０には、比較部４０から電圧比が入力されると共に、第１ＩＲセンサ２１、温度センサ５１、湿度センサ５２から起電圧、温度、湿度がそれぞれ入力される。
【００３８】
補正部６０に入力される電圧比は、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２のセンサ特性を考慮した値になっていない。このため、この補正部６０にて電圧比がセンサ特性に応じた値にトリミング（調整）される。具体的には、補正部６０に入力される温度および湿度の各値から、補正部６０のメモリに記憶されている補正パラメータが決定される。そして、補正回路において、図２に示される補正がなされる、すなわち、温度および湿度によって決まる補正パラメータにて電圧比が補正される。
【００３９】
こうして補正された電圧比がセンサ特性を考慮したセンサ出力（すなわち、ＣＯ2濃度）として、補正部６０から本装置の外部、例えばＥＣＵ等に出力される。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態では、補正部６０にてセンサ特性、特に起電圧の温度特性および湿度特性の影響を低減する補正を行っている。すなわち、第１ＩＲセンサ２１の温度および湿度を測定し、この温度および湿度と第１ＩＲセンサ２１の起電圧とを補正部６０に入力している。これにより、補正部６０にて第１ＩＲセンサ２１の起電圧の温度特性および湿度特性に応じた電圧比（すなわち、ＣＯ2濃度）に補正することができる。したがって、センサ特性、特に起電圧の温度特性および湿度特性の影響を考慮した、より正確なＣＯ2濃度を得ることができる。
【００４１】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、第１ＩＲセンサ２１における温度特性および湿度特性に基づき、補正を行っているが、起電圧の温度特性のみの補正を行っても良い。同様に、湿度の温度特性のみの補正を行っても良い。また、上記実施形態の起電圧の温度特性および湿度特性を考慮する補正に加えて、例えば起電圧の気圧特性を考慮した補正を行っても良い。このような補正により、第１ＩＲセンサ２１がさらされる環境に影響されない電圧比、つまりより正確なＣＯ2濃度を得ることができる。
【００４２】
なお、センサ特性とは、温度特性、湿度特性、そして気圧特性に限るものではなく、各センサ２１、２２が有するあらゆる特性を指すものとし、上記実施例では、そのセンサ特性のうちの温度特性および湿度特性を考慮した補正を行っているにすぎない。したがって、上記以外のセンサ特性によって補正を行うようにしても良いことは言うまでもない。
【００４３】
上記第１実施形態では、光源１０から発せられる光を検出するものとして、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２を採用しているが、赤外光を検出するセンサに限るものではない。すなわち、赤外光以外の波長の光を検出するセンサでも構わない。
【００４４】
上記第１実施形態では、第１および第２ＩＲセンサ２１、２２をそれぞれ別体として構成しているが、一枚の半導体基板上に第１および第２ＩＲセンサ２１、２２を形成することで、一体としても良い。
【００４５】
上記第１実施形態では、ＣＯ2濃度依存フィルタ３０としてバンドパスフィルタを採用していたが、ＣＯ2の光吸収波長を含むハイパスフィルタやローパスフィルタを採用しても構わない。
【００４６】
第１実施形態では、補正部６０は、補正回路を備えた構成となっているが、マイクロコンピュータやロジック回路で構成されても構わない。
【００４７】
上記第１実施形態では、空気中に含まれるＣＯ2ガスの濃度を検出しているが、ＣＯ2ガス以外のガスを検出することも可能である。この場合、ＣＯ2濃度依存フィルタ３０の通過波長を検出したいガスの光吸収波長に合わせることで実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るガス濃度検出装置のブロック構成図である。
【図２】ＣＯ2濃度に対するセンサ出力を示した図である。
【図３】従来のガス濃度検出装置のブロック構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０…光源、２１…第１ＩＲセンサ、２２…第２ＩＲセンサ、
３０…ＣＯ2濃度依存フィルタ、４０…比較部、５１…温度センサ、
５２…湿度センサ、６０…補正部。
【図１】
2006038721.tif 000003
【図２】
2006038721.tif 000004
【図３】
2006038721.tif 000005