(57)【要約】【課題】複雑な演算を伴うことなく、良好なガスの選択性を有するガス検知装置を提供する。【解決手段】半導体ガスセンサに断続的に通電して通電期間終了時の安定センサ出力Ｐにより被検知ガスを検知するガス検知装置であって、安定センサ出力Ｐに加え、通電期間の内、第一期間Ｔ１における第一検出結果ＶＰ１、ＶＰ２と、第二期間Ｔ２における第二検出結果ＶＰ４、ＶＰ５との差に基づいて、検知したガスの種類を特定すると共に濃度を検出する。【選択図】  図３
2006058073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ガスセンサに断続的に通電して通電期間終了時の安定センサ出力により被検知ガスを検知するガス検知装置であって、
前記安定センサ出力に加え、前記通電期間の内、第一期間における第一検出結果と第二期間における第二検出結果との差に基づいて、検知したガスの種類を特定すると共に濃度を検出するガス検知装置。
【請求項２】
前記第一検出結果及び前記第二検出結果は、それぞれ前記第一期間及び前記第二期間内の所定期間における前記ガスセンサの出力を平滑化したものである請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項３】
前記第一検出結果は、前記第一期間内の所定期間における前記ガスセンサの出力を平滑化したものであり、前記第二検出結果は、前記第二期間内の所定時間における前記ガスセンサの出力である請求項１に記載のガス検知装置。
【請求項４】
前記半導体ガスセンサが、熱線型半導体ガスセンサである請求項１から３の何れか一項に記載のガス検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ガスセンサに断続的に通電して通電期間終了時の安定センサ出力により被検知ガスを検知するガス検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなガス検知装置に搭載されるガスセンサ（ガス検知素子）は、検出の対象となる被検知ガス（例えば、メタン）だけではなく、それ以外のいわゆる妨害ガス（例えば、水素）に対しても感度を有しているものが多い。従って、例えば妨害ガスである水素が高濃度で存在した場合には、被検知ガスであるメタンが存在したとして検出してしまう可能性がある。一例として、図７のグラフにメタン及び水素のガス濃度とセンサ出力との相関を示す。これは、メタン、水素の濃度に対するセンサ出力を測定してグラフ化したものである。図７から明らかなように、メタン１０００ｐｐｍ時と、水素５０００ｐｐｍ時とのセンサ出力は共に約４５ｍＶである。従って、単にセンサ出力のみによって判断すると、メタンと水素との区別をつけることができない。
【０００３】
このため、例えば特許文献１には、ガスセンサ信号のプロファイルを現すデータをサンプリングして記憶しておく方法が記載されている。この方法では、検出対象ガス（被検知ガス）、妨害ガス、検出対象ガスと妨害ガスとの混合ガス、バックグラウンドのガス（空気）の少なくとも４種のガスに対し、標準プロファイルを用意し、サンプリングしたプロファイルと標準プロファイルとの類似度を求めて検出結果を定めるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３１２７４８号公報（第２−３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載の技術では、標準プロファイルと、センサ信号のプロファイルとの比較に最小２乗法を用いるなど、演算処理が複雑であり、マイクロコンピュータ等で実施する演算の負荷が重くなる。また、プロファイルの記憶のためにメモリ等の容量も増加する。
【０００６】
本願発明は上記課題に鑑みてなされたもので、複雑な演算を伴うことなく、良好なガスの選択性を有するガス検知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】
【０００７】
この目的を達成するための本発明に係るガス検知装置の特徴構成は、半導体ガスセンサに断続的に通電して通電期間終了時の安定センサ出力により被検知ガスを検知するものであって、前記安定センサ出力に加え、前記通電期間の内、第一期間における第一検出結果と第二期間における第二検出結果との差に基づいて、検知したガスの種類を特定すると共に濃度を検出する点にある。
【０００８】
半導体ガスセンサに断続的に通電して得られるセンサ出力の波形は、被検知ガスがメタンの場合、その一回の通電期間において、例えば図８の符号Ｇに示したように通電期間の経過に伴って、センサ出力が上昇し、その後やや上昇傾向を示すものの、定常状態の安定センサ出力となる。一方、被検知ガスではなく、水素等の妨害ガスや空気（以下、「妨害ガス等」と称する。）を検出する場合には、例えば符号Ｈ（水素）及びＢ（空気）に示したように、通電時間の開始直後は時間の経過に伴ってセンサ出力が上昇するが、やがて下降に転じる。従って、センサ出力が上昇を開始した当初の出力と、定常状態での出力との差は、被検知ガスの検出時と妨害ガス等の検出時とでは異なり、違いを認めることができる。即ち、メタンを検出した場合のセンサ出力は、図８に示すように第一期間Ｔ１内の時間ｔ１と、第二期間Ｔ２内の時間ｔ２とで差が大きいが、妨害ガス等を検出した場合のセンサ出力の差は小さい。
【０００９】
また、半導体ガスセンサの中でも、熱線型半導体ガスセンサの場合には、さらに明確な違いが認められる。センサ出力の波形は、被検知ガスがメタンの場合、例えば図３の符号Ｇに示すように遷移する。即ち、通電期間の時間経過に伴って、急峻な立ち上がりの後、一度出力が落ち込み、アンダーシュートを伴ってやや振動的な波形となって立ち上がり、その後緩やかに定常状態の安定センサ出力へと移行する。一方、被検知ガスではなく、妨害ガス等を検出する場合には、例えば図３の符号Ｈ及びＢに示したように、振動的な波形の後、被検知ガスの検出時に比べて大きく出力が下降して定常状態へと移行していく。従って、定常状態への移行を始める開始点付近の出力と、定常状態の出力との差は、被検知ガスの検出時と、妨害ガス等の検出時とでは、大きく異なり、明確な違いを認めることができる。
【００１０】
そこで、ガスセンサの通電期間の中に、例えば通電時間の前半である第一期間と、後半である第二期間とを設け、第一期間における第一検出結果と、第二期間における第二検出結果との差に基づいて対象とする被検知ガスを検出したか、妨害ガス等を検出時したかを明確に区別することができる。つまり、検知したガスの種類を判別することができる。特に、上記説明したように、一般的な半導体ガスセンサの場合には、第一検出結果をセンサ出力が上昇を開始した当初のガスセンサの出力とし、第二検出結果を安定センサ出力付近の定常状態でのガスセンサの出力とするとよい。また、熱線型半導体ガスセンサの場合には、第一検出結果をガスセンサの出力が定常状態への移行を始める開始点付近とし、第二検出結果を安定センサ出力付近の定常状態でのガスセンサの出力とすると好適である。その結果、複雑な演算を伴うことなく、良好なガスの選択性を有するガス検知装置を提供することが可能となる。そして、このようにガスの種類を特定すると共に安定センサ出力によってガス濃度を検出することにより、良好なガス検知装置を得ることができる。
【００１１】
さらに、前記第一検出結果及び前記第二検出結果を、それぞれ前記第一期間及び前記第二期間内の所定期間における前記ガスセンサの出力を平滑化したものとすると好ましい。
【００１２】
既に説明したように、一般的な半導体ガスセンサの場合には、ガスセンサの出力は通電期間の経過に伴って、センサ出力が上昇し、その後、被検知ガスと妨害ガス等とで上昇傾向、下降傾向の差は認められるものの、定常状態の安定センサ出力となる。また、熱線型半導体ガスセンサの場合には、ガスセンサの出力は、急峻な立ち上がりの後、一度出力が落ち込み、アンダーシュートを伴ってやや振動的な波形となって立ち上がり、その後、定常状態へと移行する。従って、ガスセンサの出力波形は動的に変化しており、検出結果をサンプリングするポイントの選定が重要となる。そこで、上記のように、第一期間内と第二期間内との所定期間に於けるガスセンサの出力を平滑化すると、この動的な波形を安定した波形へと変換でき、安定したサンプリング結果を得ることができる。その結果、簡単に被検知ガスの検出時と、妨害ガス等の検出時とを明確に区別することができて、複雑な演算を伴うことなく、良好なガスの選択性を有するガス検知装置を提供することが可能となる。尚、第一期間及び第二期間については、勿論、第一期間及び第二期間のそれぞれ全期間を所定期間としてもよい。また、平滑化とは、その期間の出力の平均や積分、又は単純に累積する等の方法を用いることができる。
【００１３】
また、前記第一検出結果を、前記第一期間内の所定期間における前記ガスセンサの出力を平滑化したものとし、前記第二検出結果を、前記第二期間内の所定時間における前記ガスセンサの出力とすると好適である。
【００１４】
ガスセンサの出力は、上述したように動的に変化するが、特に前半部において動的である。特に、熱線型半導体ガスセンサの場合には、急峻な立ち上がりの後、一度出力が落ち込み、アンダーシュートを伴ってやや振動的な波形となっている。一方、後半部においては下降を伴う場合でも、緩やかに定常状態に移行するので、ガスセンサの出力は前半部に比べて静的である。また、一般的な半導体ガスセンサの場合でも、前半部はセンサ出力が急速に上昇するため、後半部に比べると動的に変化する。
【００１５】
そこで、上記のように第一検出結果は、第一期間内の所定期間におけるガスセンサの出力を平滑化したものとし、第二検出結果は、第二期間内の所定時間におけるガスセンサの出力とすると好適である。即ち、例えば前半部分である第一期間内の所定期間のガスセンサの出力は平滑化して、動的な出力を安定した状態に変換した上で第一検出結果を得るようにする。その結果、サンプリングポイントに依らず、安定した第一検出結果を得られて好ましい。後半部分である第二期間においては、下降（や上昇）を伴う場合でも緩やかに定常状態へ移行するので、既にほぼ安定した状態と言える。また、平滑化すると逆に変化の度合いを小さくしてしまうので、第一検出結果と第二検出結果との差を縮めてしまう可能性がある。そこで、第二期間においては、平滑化せずに一つのポイントにおいてサンプリングした値を用いる。その結果、被検知ガスの検出時と、妨害ガス等の検出時とを明確に区別することができて、複雑な演算を伴うことなく、良好なガスの選択性を有するガス検知装置を提供することが可能となる。より好ましくは、第二検出結果は安定センサ出力に近いポイントをサンプリングポイントとするべく、第二期間の後半にするとよい。
【００１６】
本発明の特徴構成による作用効果は、半導体ガスセンサに断続的に通電して通電期間終了時の安定センサ出力により被検知ガスを検知するガス検知装置において非常に有効であるが、上述したように、特に、前記半導体ガスセンサが、熱線型半導体ガスセンサであるとその有効性が非常に顕著である。熱線型半導体ガスセンサが有するセンサ素子は、コイル状に巻かれ、金属酸化物半導体を高温に保つヒータの役割と、半導体の電気伝導変化を検出する電極としての役割を兼ねている。このような構造により、一般的な半導体センサと接触燃焼式センサとの長所を併せ持つセンサとなっている。しかし、その反面コイル状に巻かれたセンサ素子へのパルス通電開始時の熱的及び電気的変化により、コイル部分の電気伝導変化と半導体部分の電気伝導変化とが相互に影響をおよぼしながら素子全体としての電気伝導変化が起こるため、通電期間の初期に振動現象が発生する。従って、通電期間終了時の安定センサ出力のみを利用するだけではなく、通電期間初期のセンサ出力をも利用するような本発明において、その通電期間初期の適切なポイントでの検出結果を用いること、さらには特に前半部を平滑化するように構成すること、による効果は大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、半導体ガスセンサとして熱線型半導体ガスセンサを利用したガス検知装置に本発明を適用した実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るガス検知装置の一例を示す概略ブロック図である。図１に示すように、本例のガス検知装置は、被検知ガスの存在を検知するガス検知部１と、このガス検知部１からのセンサ出力を受けて検知したガスの種類を特定すると共に濃度を判断する制御部２とを備えている。
【００１８】
図２は、図１のガス検知部が有するガス検知素子３の一例を示す斜視図である。このガス検知素子３は、例えば、白金、パラジウム、白金−パラジウム合金等の貴金属線コイル１１上に、酸化スズ等の金属酸化物半導体を主成分とする感応層１２を塗布焼成して形成してある熱線型半導体式ガス検知素子（熱線型半導体ガスセンサ）である。ガス検知素子３は、図１に示すようにブリッジ回路等に組み込んで出力信号を得られる構成とされている。被検知ガスのガス濃度によって異なる抵抗値となるガス検知素子３によって、測定部４で測定される電圧が変化し、ここで測定された電圧が被検知ガスの検知出力Ｇとして制御部２へ出力される。尚、このブリッジ回路は、タイマ７に基づいてパルス駆動制御部８が実施する制御によって一定の間隔でパルス的に通電され、ブリッジ出力を得るように構成されている。本実施形態においては、１分毎に３００ｍｓ（ミリ秒）のセンサ駆動パルスを発生させて電源を制御し、ガス検知素子３に断続的に通電して通電期間終了時（３００ｍｓ時点）の安定センサ出力（図３の点Ｐ参照）により、被検知ガスを検知している。
【００１９】
制御部２は好適には、マイクロコンピュータ（マイコン）や論理回路などを用いて構成される。制御部２は一つのマイコンで構成しても良いし、例えばフラッシュメモリやＡ／ＤコンバータやＯＰアンプなどの複数の素子と組み合わせて構成しても良い。
【００２０】
〔第一実施形態〕
図３は、断続的に通電されるガスセンサ１の一回の通電期間中の出力の変化を示すグラフである。図３で、符号Ｇは濃度３０００ｐｐｍのメタンの検知出力、符号Ｈは濃度３０００ｐｐｍの水素の検知出力、符号Ｂはベースとなる空気中の検知出力である。上述したように本実施形態のガスセンサ１は、１分毎に３００ｍｓ駆動される。ここで、この３００ｍｓの通電期間内に２つの期間、第一期間Ｔ１と第二期間Ｔ２とを設ける。本実施形態では、第一期間Ｔ１を４〜１３２ｍｓ、第二期間Ｔ２を１３２〜２６０ｍｓとし、概ね通電時間の前半と後半とに分割している。
【００２１】
そして、第一期間Ｔ１におけるガスセンサ１の出力から得られる第一検出結果と、第二期間Ｔ２におけるガスセンサ１の出力から得られる第二検出結果との差に基づいて、メタン（被検知ガス）の存在を判断している。即ち、検知したガスの種類を特定している。ここで、第一検出結果は第一期間Ｔ１の期間内の１００ｍｓのポイントでのセンサ出力であり、図３のグラフ中の符合ＶＰ１〜ＶＰ３で示したポイントの出力である。これは、センサ出力波形Ｇ、Ｈ、Ｂが、急峻な立ち上がりの後に一旦落ち込んでアンダーシュートし、再び立ち上がった最高点付近である。第二検出結果は第二期間Ｔ２の期間の終了付近の２５０ｍｓのポイントでのセンサ出力であり、符合ＶＰ４〜ＶＰ６で示したポイントである。これは、センサ出力波形Ｇ、Ｈ、Ｂの出力が、緩やかに定常状態へと移行し、ほぼ安定センサ出力に近い値となるポイントでの出力である。演算部５はタイマ７から時間情報を取得して、入力されるセンサ出力から上記ポイントのセンサ出力をサンプリングする。
【００２２】
演算部５は、次にサンプリングで得た第一検出結果ＶＰ１〜ＶＰ３と第二検出結果ＶＰ４〜ＶＰ６との差Ｄを演算する。図３に示すように、ＶＰ１≒７５ｍＶ、ＶＰ２≒６５ｍＶ、ＶＰ３≒２６ｍＶ、ＶＰ４≒７０ｍＶ、ＶＰ５≒３５ｍＶ、ＶＰ６≒０ｍＶであるので、出力波形Ｇ、Ｈ、Ｂのそれぞれについての差Ｄ（それぞれ、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）は、
出力波形Ｇ（メタン） ：Ｄ１＝ＶＰ１−ＶＰ４≒５ｍＶ
出力波形Ｈ（水素）   ：Ｄ２＝ＶＰ２−ＶＰ５≒３０ｍＶ
出力波形Ｂ（空気）   ：Ｄ３＝ＶＰ３−ＶＰ６≒２６ｍＶ
となる。第一検出結果と第二検出結果との差Ｄは、被検知ガスのメタンでは５ｍＶと少なく、妨害ガスの水素やベースとしての空気中では２６〜３０ｍＶとメタンよりも大きい。判断部６では、図３に示す安定センサ出力Ｐに加えて、演算分５で得られた差Ｄに基づいて、検知したガスの種類を特定すると共にガスの濃度を検出することができる。従って、ガスの選択性に優れたガス検知装置を得ることができる。
【００２３】
上記説明では、図３に基づいて、メタン及び水素のガス濃度が３０００ｐｐｍ時のセンサ出力によって、検知したガスの種類を特定すると共にガスの濃度を検出することができることを示した。勿論、メタン及び水素が他の濃度の場合にも、上記のような方法でガスの種類の判別が可能である。詳細を以下に説明する。
【００２４】
図４は、メタン及び水素のガス濃度とセンサ出力の２点間の差との相関を示したグラフである。これは、上述の例と同様に、１００ｍｓのポイントでの第一検出結果と、２５０ｍｓのポイントでの第二検出結果との差を、ガス濃度を変化させて測定した結果である。図３との比較を容易にするために、メタン及び水素の濃度が３０００ｐｐｍ時のセンサ出力の２点間の差Ｄ１及びＤ２を図４上にも示している。図４から明らかなように、水素はその濃度に依存せず、ほぼ一定してセンサ出力の差が３０ｍＶ程度で推移する。一方、メタンは低濃度時は、センサ出力の差Ｄ１が２０ｍＶ台前半であるが、濃度が濃くなるに従って差が小さくなっている。つまり、ガス濃度が１００ｐｐｍ程度と非常に低濃度の場合であっても、メタンを検出したセンサ出力の差と水素を検知したセンサ出力の差とは５ｍＶ程度の違いを有しており、さらにガス濃度が濃くなるほど、両者の差が開いていく。従って、ガスを検知すべき高濃度となるほど、ガスの選択性が向上し、良好なガス検知装置を得ることができるのである。従って、図７を用いて問題点を指摘したメタン１０００ｐｐｍと水素５０００ｐｐｍとの区別についても容易に行うことができる。尚、メタン検出時のセンサ出力の２点間の差は、メタンの濃度が高くなった場合にゼロを下回っているが、これはメタンの濃度が濃いために通電期間の３００ｍｓの間にセンサ出力がやや上昇しているためである。上昇幅は微小であり、安定したセンサ出力を第二検出結果とできていることには変わりがない。
【００２５】
尚、本実施形態では、第一期間Ｔ１を４〜１３２ｍｓ、第二期間Ｔ２を１３２〜２６０ｍｓとし、それぞれ、これらの期間内におけるセンサ出力をサンプリングする例を用いて説明したが、勿論第一期間Ｔ１及び第二期間Ｔ２はこれに限るものではない。単純に駆動時間の３００ｍｓを任意のポイントで分割して、前半と後半とに分割してもよい。但し、図４に基づいて説明したように、被検知ガス及び妨害ガスのそれぞれの第一検出結果と第二検出結果との差が異なっているほど、検知したガスの種類を特定する上で好ましい。そして、特に妨害ガスである水素では、図３に示したように時間の経過に伴って、定常状態に向かって大きく出力が減少していく。従って、第一検出結果と第二検出結果とを得るポイントは、この差が最も効果的に出現するポイントを選ぶようにするとよい。本実施例では、図３及び図４を用いて説明したように、急峻な立ち上がりの後に現れるアンダーシュートから回復した辺りのポイントで第一検出結果を得、充分に定常状態に移行したと考えられる通電期間の終了時付近で第二検出結果を得るようにすると好ましい。このようにすると、第一検出結果がアンダーシュートによる誤差の影響を受けずに安定した演算結果を得ることができる。また、第二検出結果を通電期間終了時の３００ｍｓ時点の安定センサ出力とすることもできるが、第一検出結果と第二検出結果の差の演算時間を考慮すると、通電期間の終了時よりも少し早めにサンプリングすることが好ましい。つまり、安定センサ出力を得た時点で、安定センサ出力に加え、第一検出結果と第二検出結果との差に基づいて、検知したガスの種類を特定すると共に濃度を検出することができるので、迅速なガス検知が可能となる。
【００２６】
〔第二実施形態〕
上記第一実施形態では、第一検出結果と第二検出結果とをあるポイントでのセンサ出力をサンプリングすることによって得た。そして、特に第一検出結果はアンダーシュートによる誤差の影響を受けないようなポイントを選択するようにしていた。ここで、アンダーシュートの影響を受けないようなポイントが、ガスの濃度やガスの種類によって大きく変動しないような場合には、問題がないが、これが大きく変動する場合には、第一検出結果を得るポイントを定めにくくなる。あるいは、安全を見てより後ろのポイントにおいてサンプリングする必要が生じる。より後ろのポイントとすると、第一検出結果と第二検出結果とをサンプリングするポイントが近づくこととなる。特に妨害ガスである水素では、図３に示したように時間の経過に伴って、定常状態に向かって大きく出力が減少していくため、第一検出結果と第二検出結果とを得るサンプリングのポイントが近づくと、第一検出結果と第二検出結果との差が小さくなり、ガスの種類を判断する上で好ましくない。そこで、本第二実施形態のようにすると好適であり、以下に詳細に説明する。
【００２７】
第二実施形態では、第一期間Ｔ１と第二期間Ｔ２とに設けた所定期間の期間毎のセンサ出力を平滑化し、これら平滑化されたセンサ出力をそれぞれ第一検出結果及び第二検出結果とする。尚、この所定期間は第一期間Ｔ１及び第二期間Ｔ２のそれぞれ全期間であってもよい。つまり、３００ｍｓの通電期間内に設けた第一期間Ｔ１としての４〜１３２ｍｓの期間、第二期間Ｔ２としての１３２〜２６０ｍｓの期間、それぞれの期間内のセンサ出力を平滑化してもよい。この平滑化は、例えば上記各期間毎の平均値や積分値であってもよいし、単純に累積したものであってもよい。そして、この平均値や積分値を得るための演算方法も様々な方式を用いることができる。例えば、図１に示した演算部５にオペアンプ等を備えて、ガス検知部１から出力されるアナログの電圧値を演算してもよいし、同様にオペアンプを用いて逐次積分していってもよい。また、演算部５にＡ／Ｄコンバータを備えてデジタル変換した後に平均をとってもよい。この場合、Ａ／Ｄコンバータを用いて１ｍｓ毎にＡ／Ｄ変換を行うと、それぞれ第一期間Ｔ１及び第二期間Ｔ２において、１２８ケのデータをサンプリングすることになる。そして、１２８ケのデータを演算部５に備えたデジタル加算器を用いて積算し、１２８で除することで平均を求めることができる。１２８で除する場合には、デジタル加算器による加算結果を７ビット右シフトさせればよいので、演算負荷を非常に軽くすることができる。さらに演算負荷を軽くするためには、サンプリングの間隔を２ｍｓや４ｍｓとすることで、積算数を６４や３２とすることができる。また、本例では、第一期間Ｔ１と第二期間Ｔ２とを同じ期間としているが、これによって、平均をとる場合の除数を同じにすることができ、演算部５の構成や、演算負荷を軽減することができる。
【００２８】
図５は、図３のガスセンサ出力の第一期間Ｔ１と第二期間Ｔ２との期間毎の平均値を示すグラフである。図５に示すグラフの符号ＧＡは、上記のようにして求めた被検知ガス、即ちメタンを検知した場合のセンサ出力（図３の符号Ｇ）の期間毎の平均値であり、符号ＧＡ１が第一期間Ｔ１の平均値、符号ＧＡ２が第二期間Ｔ２の平均値である。同様に、水素を検知した場合のセンサ出力（図３の符号Ｈ）の第一期間Ｔ１の平均値が符号ＨＡ１、第二期間Ｔ２の平均値が符号ＨＡ２である。また、空気中のセンサ出力（図３の符号Ｂ）の第一期間Ｔ１の平均値が符号ＢＡ１、第二期間Ｔ２の平均値が符号ＢＡ２である。そして、本第二実施形態では、第一期間Ｔ１での平均値が第一検出結果であり、第二期間Ｔ２での平均値が第二検出結果である。
【００２９】
図５からも明らかなように、第一実施形態と同様にセンサ出力を平均した値を第一検出結果及び第二検出結果とした場合も、第一検出結果と第二検出結果との差Ｄは、被検知ガスのメタンではマイナス数ｍＶと少なく、妨害ガス等では、２０ｍＶ以上となってメタンよりも遥かに大きい。図６は、メタン及び水素のガス濃度とセンサ出力の期間毎の平均差との相関を示すグラフである。図４に示した相関グラフと同様に、水素はその濃度に依存せず、ほぼ一定してセンサ出力の平均値の差Ｄが３０ｍＶ弱で推移する。一方、メタンは低濃度時は、センサ出力の平均値の差Ｄが２０ｍＶ台前半であるが、濃度が濃くなるに従って差Ｄが小さくなる。つまり、ガス濃度が１００ｐｐｍ程度と非常に低濃度の場合であっても、メタンを検出したセンサ出力の差と水素を検知したセンサ出力の差との間には３ｍＶ程度の差を有しており、両者の関係が逆転することはない。さらにガス濃度が濃くなるほど、両者の差が開いていく。従って、ガスを検知すべき高濃度となるほど、ガスの選択性が向上し、良好なガス検知装置を得ることができるのである。例えば、図７を用いて上述したメタン１０００ｐｐｍと水素５０００ｐｐｍとの区別についても良好に行うことができる。
【００３０】
〔第三実施形態〕
また、上述した第一実施形態と第二実施形態とを組み合わせて、第一検出結果を、第一期間内の所定期間におけるガスセンサの出力を平滑化したものとし、第二検出結果を、第二期間内の所定時間におけるガスセンサの出力とすることもできる。図３に示したグラフからも明らかなように、第一期間Ｔ１、即ち前半の期間では、センサ出力は急峻な立ち上がりやアンダーシュート等を生じる非常に動的な変化をするために、どこか一点のポイントを定めてサンプリングするよりも、その期間の平均値を求めるなど、平滑化した値を利用する方が好適と言える。しかし、第二期間Ｔ２、即ち後半の期間では、センサ出力は、対象が被検知ガスの場合には安定し、対象が妨害ガス等である場合には継続的に低下する傾向を示している。従って、第二期間Ｔ２では対象が被検知ガスの場合には、平均値とその期間の終盤での一点のセンサ出力とがほぼ一致し、対象が妨害ガス等の場合には、平均値よりもその期間の終盤での一点のセンサ出力の方が小さい値となる。
【００３１】
すでに説明したように、被検知ガスであるメタンは、第一実施形態、第二実施形態の何れの実施形態においても、第一検出結果と第二検出結果との差があまりなく、妨害ガスである水素は、第一検出結果と第二検出結果との差がメタンに比べて遥かに大きい。本発明を実施する上では、この妨害ガス等の第一検出結果と第二検出結果との差が、より大きいことが好ましい。従って、第一検出結果を、第一期間Ｔ１あるいは第一期間Ｔ１内の所定期間に於けるガスセンサの出力を平滑化したものとし、第二検出結果を、第二期間Ｔ２内の所定時間（ポイント）に於けるガスセンサの出力とすると好適である。
【００３２】
〔第四実施形態〕
以上、半導体ガスセンサとして熱線型半導体ガスセンサを利用したガス検知装置に本発明を適用した実施形態について説明したが、一般的な半導体ガスセンサを利用したガス検知装置にも本発明を適用することができる。尚、ガス検知装置の構成は、図１に示したものと同様のブリッジ回路構成であり、本実施形態ではガス検知素子３が半導体ガスセンサとなる。図８は、この半導体ガスセンサの一回の通電期間中の出力の変化を示すグラフである。通電期間は、熱線型半導体ガスセンサを用いた場合に比べて１．３秒と長いが、パルス通電し、通電期間終了時の安定センサ出力により被検知ガスを検知する点は同様である。半導体ガスセンサに断続的に通電して得られるセンサ出力の波形は、被検知ガスがメタンの場合、その一回の通電期間において、符号Ｇに示したように遷移する。つまり、通電期間の経過に伴って、センサ出力が上昇し、その後やや上昇傾向を示すものの、定常状態の安定センサ出力となる。一方、被検知ガスではなく、妨害ガス等を検出する場合には、例えば符号Ｈ（水素）及びＢ（空気）に示したように、通電時間の開始直後は時間の経過に伴ってセンサ出力が上昇するが、やがて下降に転じる。従って、センサ出力が上昇を開始した当初の出力と、定常状態での出力との差は、被検知ガスの検出時と妨害ガス等の検出時とでは異なり、違いを認めることができる。即ち、メタンを検出した場合のセンサ出力は、図８に示すように第一期間Ｔ１における時間ｔ１と、第二期間Ｔ２における時間ｔ２とで差が大きいが、妨害ガス等を検出した場合のセンサ出力の差は小さい。
【００３３】
従って、ガスセンサの通電期間の中に、例えば通電時間の前半である第一期間Ｔ１と、後半である第二期間Ｔ２とを設け、第一期間Ｔ１における第一検出結果（例えば、時間ｔ１でのセンサ出力）と、第二期間Ｔ２における第二検出結果（例えば、時間ｔ２でのセンサ出力）との差に基づいて対象とする被検知ガスを検出したか、妨害ガス等を検出したかを明確に区別することができる。つまり、検知したガスの種類を判別することができる。本第四実施形態の構成では、上記説明したように、第一検出結果をセンサ出力が上昇を開始した当初のガスセンサの出力とし、第二検出結果を安定センサ出力付近の定常状態でのガスセンサの出力とするとよい。そして、このようにガスの種類を特定すると共に安定センサ出力によってガス濃度を検出することにより、良好なガス検知装置を得ることができる。
【００３４】
さらに、第一検出結果及び第二検出結果を、それぞれ第一期間Ｔ１及び第二期間Ｔ２内のそれぞれ所定期間におけるガスセンサの出力を平滑化したものとしてもよい。図９は、図８のガスセンサ出力の第一及び第二期間毎のそれぞれの平均値を示すグラフである。既に説明したように、第四実施形態において、ガスセンサの出力は通電期間の経過に伴って、センサ出力が上昇し、その後、被検知ガスと妨害ガス等とで上昇傾向、下降傾向の差は認められるものの、定常状態の安定センサ出力となる。
【００３５】
そこで、第一期間Ｔ１内と第二期間Ｔ２内との所定期間に於けるガスセンサの出力を平滑化すると、この動的な波形を安定した波形へと変換でき、安定したサンプリング結果を得ることができる。その結果、簡単に被検知ガスの検出時と、妨害ガス等の検出時とを明確に区別することができて、複雑な演算を伴うことなく、良好なガスの選択性を有するガス検知装置を提供することが可能となる。尚、第一期間Ｔ１及び第二期間Ｔ２については、図９に示したように、第一期間Ｔ１及び第二期間Ｔ２のそれぞれ全期間を所定期間としてもよいし、それぞれの期間の一部としてもよい。また、平滑化とは、その期間の出力の平均や積分、又は単純に累積する等の方法を用いることができる。平滑化の方法等は、上記、第二実施形態で説明したものと同様であるので、説明を省略する。
【００３６】
また、上記第三実施形態と同様に、第一検出結果を、第一期間Ｔ１内の所定期間におけるガスセンサの出力を平滑化したものとし、第二検出結果を、第二期間Ｔ２内の所定時間における前記ガスセンサの出力とすると好適である。
【００３７】
ガスセンサの出力は、上述したように動的に変化するが、特に前半部において動的である。前半部はセンサ出力が比較的急速に上昇するため、後半部に比べると動的に変化する。そこで、上記のように第一検出結果は、第一期間Ｔ１内の所定期間におけるガスセンサの出力を平滑化したものとし、第二検出結果は、第二期間Ｔ２内の所定時間（例えば、図８の時間ｔ２）におけるガスセンサの出力とすると好適である。即ち、例えば前半部分である第一期間Ｔ１内の所定期間のガスセンサの出力は平滑化して、動的な出力を安定した状態に変換した上で第一検出結果を得るようにする。その結果、サンプリングポイントに依らず、安定した第一検出結果が得られる。後半部分である第二期間Ｔ２においては、下降や上昇を伴う場合でも第一期間Ｔ１内での変化と比較すると緩やかに定常状態へ移行するので、既にほぼ安定した状態と言える。また、平滑化すると逆に変化の度合いを小さくしてしまうので、第一検出結果と第二検出結果との差を縮めてしまう可能性がある。そこで、第二期間Ｔ２においては、平滑化せずに一つのポイントにおいてサンプリングした値を用いる。その結果、被検知ガスの検出時と、妨害ガス等の検出時とを明確に区別することができて、複雑な演算を伴うことなく、良好なガスの選択性を有するガス検知装置を提供することが可能となる。より好ましくは、第二検出結果は安定センサ出力に近いポイントをサンプリングポイントとするべく、第二期間Ｔ２の後半にするとよい。
【００３８】
以上、説明した第四実施形態においては、被検知ガスであるメタンと、妨害ガスとのセンサ出力の、第一検出結果と第二検出結果との差の大小関係が、上述した第一から第三実施形態とは逆である。即ち、第一から第三実施形態で説明した熱線型半導体ガスセンサを用いたガス検知装置の場合には、第一検出結果と第二検出結果との差は、被検知ガスであるメタンの方が妨害ガスである水素よりも小さかった。一方、本第四実施形態では、第一検出結果と第二検出結果との差は、被検知ガスであるメタンの方が妨害ガスである水素よりも大きい。このように、大小関係が異なっていても、被検知ガスと妨害ガスとの間で明確な差が認められれば、本発明を良好に適用することが可能である。
【００３９】
以上説明したように、本発明によって、複雑な演算を伴うことなく、良好なガスの選択性を有するガス検知装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、半導体ガスセンサを用いたガス検知装置やガス警報器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係るガス検知装置の一例を示す概略ブロック図
【図２】図１のガス検知部が有するガス検知素子の一例を示す斜視図
【図３】図１のガスセンサの一回の通電期間中の出力の変化を示すグラフ
【図４】メタン及び水素のガス濃度とセンサ出力の２点間の差との相関を示すグラフ
【図５】図３のガスセンサ出力の第一及び第二期間毎の平均値を示すグラフ
【図６】メタン及び水素のガス濃度とセンサ出力の期間毎の平均差との相関を示すグラフ
【図７】メタン及び水素のガス濃度とセンサ出力との相関を示すグラフ
【図８】一般的な半導体ガスセンサの一回の通電期間中の出力の変化を示すグラフ
【図９】図８のガスセンサ出力の第一及び第二期間毎の平均値を示すグラフ
【符号の説明】
【００４２】
Ｐ                  安定センサ出力
Ｔ１                第一期間
Ｔ２                第二期間
ＶＰ１、ＶＰ２      第一期間における第一検出結果（メタン、水素）
ＶＰ４、ＶＰ５      第二期間における第二検出結果（メタン、水素）
【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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