(57)【要約】【課題】基板上に複数個のガスセンサが配置され、複数種類のガスを含む気体から複数種のガス成分を検出可能な信号処理機能を有するガスセンサを実現する。【解決手段】電極間にガス若しくは液体に含まれる複数の成分に感応する感応物質が塗布された複数の感応部と、該複数の感応部が前記複数の成分と濃度に基づいて変化する前記電極間の電気信号を処理する信号処理手段を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極間にガス若しくは液体に含まれる複数の成分に感応する感応物質が塗布された複数の感応部と、該複数の感応部が前記複数の成分と濃度に基づいて変化する前記電極間の電気信号を処理する信号処理手段を備えたことを特徴とするガスセンサ。
【請求項２】
前記信号処理手段は前記複数の感応部からの信号を順次取り込む信号取り込み手段と、該取り込んだ信号の調整を行う信号調整手段と、該信号調整手段から出力するアナログ信号のそれぞれをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換されたそれぞれの信号のうち測定レンジや測定成分を指定して前記成分を測定する信号処理器を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項３】
前記複数のガス感応部は複数の異なるガスを吸着して電気抵抗が変化する複数種類のガス感応物質が塗布されたガス感応部（Ａ）と、複数種類のガス感応物質が塗布され、かつ塗布量の異なるガス感応物質が塗布されたガス感応部（Ｂ）および前記（Ａ），（Ｂ）のいずれかであって電極の物理的寸法が異なる複数種類の電極（Ｃ）からなり、これらの出力のうち前記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の値が同じ組み合わせのガス感応部の出力値を比較して多数決処理を行って正常に動作しているセンサの値を採用して平均化することを特徴とする請求項１または２に記載のガスセンサ。
【請求項４】
前記平均化したガス感応部の出力と、あらかじめ作成しておいた測定対象ガスの成分と濃度、及び測定対象でないガスの成分と濃度で、各ガス感応部の出力値がどうなるかのデータと、測定対象のそれぞれのガスに対するガス感応部の出力値を比較し、複数成分ガスの濃度を決定し、測定結果としたことを特徴する請求項３に記載のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単独若しくは複数種類のガスが混合したガス成分を同時に測定可能なガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な産業分野や家庭などにおいて、可燃性ガス・有毒ガスの漏れ検出、自動制御、環境計測などのために、ガスや臭いを選択性よく検出できるガスセンサの要求が高まっている。そして従来、半導体素子の電気抵抗がガスとの接触により変わることを利用した半導体ガスセンサが、使い易く安価なガスセンサとして広く用いられている。
【０００３】
その動作原理は、ＳｎＯ２（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などのｎ型半導体の活性部に水素や炭化水素などの電子供与性の還元気体が吸着した場合には、電子密度が増加して導電率が増大し、また酸素などの電子吸引性気体が吸着した場合には、電子密度が減少し導電率が低下する現象を利用するものである。
【０００４】
更に、前記半導体にＰｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）などの貴金属を触媒として添加し、被検ガスを活性化し、ガス検出感度を向上あるいは制御する方法も用いられている。
しかし、前記半導体ガスセンサにおいて、特定のガスに対してのみ感度を有するセンサ材料はほとんどなく、１つのセンサ材料は、特性は異なるものの種々のガスに対して導電率の変化を示すものが普通である。
【０００５】
従って、特定のガスを選択的に検出するガスセンサを構成する場合には、その検出対象のガス以外のガスに対するそのガスセンサの反応を考慮し、対策を講ずる必要があり、それがガスセンサの性能、特に選択性を高めるための技術的課題となっている。
【０００６】
前記課題を解決し、選択性よくガスの識別を可能とするガス識別装置として、複数の特性の異なるガス検出素子を用いたガス検出装置が提案されている。そのようなガス検出装置としてＬａＮｉＯ３（ニッケル酸ランタン）、ＷＯ３（酸化タングステン）、ＳｎＯ２をガス検知材料とし３種類のガス検出素子を形成する。
【０００７】
そして、それら複数のガス検出素子の出力値の組合せを１つの検出パターンとし、予め成分ガスの種類および濃度の組合せを想定して記憶しておいた標準パターンと前記検出パターンとを比較し、最も類似した標準パターンから被検ガスの種類を識別するようにしたものである。
【０００８】
なお、前記ガス検知材料に、さらに、ＰｄあるいはＰｔの貴金属触媒を添加し６種類のガス検出素子を形成する方法も示されている。また、複数のガス種を高い信頼性で識別するセンサとして、ＳｎＯ３系半導体薄膜上にＰｔ−Ａｌ２−Ｏ３、Ｒｈ−Ａｌ２Ｏ３、Ｃｕ−Ｗ−Ａｌ２Ｏ３、Ｃｕ−Ａｌ２Ｏ３を触媒層として形成した４種類のガス検知素子を用いるガス検知素子も開示されている。
【０００９】
図３（ａ，ｂ）はナノギャップ構造と酸化物塗布により作製した一般的なガス感応部の従来例を示すもので、図３（ａ）は線状の電極１ａ，１ｂ間にＳｎＯ２（酸化スズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などの活性部２を形成した状態を示す平面図、図３（ｂ）は蛇行する線状電極部分１ａ，１ｂ間にＳｎＯ２（酸化スズ）やＺｎＯ（酸化亜鉛）などの活性部２を形成した状態を示す平面図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−２３４１９８号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１４８２号公報
【特許文献３】特開平４−１２７０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述の技術では複数のガス成分を検出するための信号処理に関しては言及されていない。従って本発明は、基板上に複数個のガスセンサが配置され、複数種類のガスを含む気体から複数種のガス成分を検出可能な信号処理機能を有するガスセンサを実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載のガスセンサの発明においては、
電極間にガス若しくは液体に含まれる複数の成分に感応する感応物質が塗布された複数の感応部と、該複数の感応部が前記複数の成分と濃度に基づいて変化する前記電極間の電気信号を処理する信号処理手段を備えたことを特徴とする。
請求項２においては、請求項１に記載のガスセンサにおいて、
前記信号処理手段は前記複数の感応部からの信号を順次取り込む信号取り込み手段と、該取り込んだ信号の調整を行う信号調整手段と、該信号調整手段から出力するアナログ信号のそれぞれをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換されたそれぞれの信号のうち測定レンジや測定成分を指定して前記成分を測定する信号処理器を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項３においては、請求項１または２に記載のガスセンサにおいて、
前記複数のガス感応部は複数の異なるガスを吸着して電気抵抗が変化する複数種類のガス感応物質が塗布されたガス感応部（Ａ）と、複数種類のガス感応物質が塗布され、かつ塗布量の異なるガス感応物質が塗布されたガス感応部（Ｂ）および前記（Ａ），（Ｂ）のいずれかであって電極の物理的寸法が異なる複数種類の電極（Ｃ）からなり、これらの出力のうち前記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の値が同じ組み合わせのガス感応部の出力値を比較して多数決処理を行って正常に動作しているセンサの値を採用して平均化することを特徴とする。
【００１４】
請求項４においては、請求項３に記載のガスセンサにおいて、
前記平均化したガス感応部の出力と、あらかじめ作成しておいた測定対象ガスの成分と濃度、及び測定対象でないガスの成分と濃度で、各ガス感応部の出力値がどうなるかのデータと、測定対象のそれぞれのガスに対するガス感応部の出力値を比較し、複数成分ガスの濃度を決定し、測定結果としたことを特徴する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の請求項１，２によれば、電極間に物理的寸法やガス感応物質の塗布量が異なる複数のガス感応部が形成された基板と、ガスの種類と濃度に基づいて電気抵抗が変化する前記複数のガス感応部からの信号を順次取り込む信号取り込み手段と、該取り込んだ信号の調整を行う信号調整手段と、該信号調整手段から出力するアナログ信号のそれぞれをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換されたそれぞれの信号のうち測定レンジや測定物質を指定して前記複数のガス感応部からの出力を選択するので、簡単な構造で、複数成分が混合したガスのそれぞれの成分の濃度を高速に計測することが出来る。
【００１６】
本発明の請求項３によれば、前記複数のガス感応部は複数の異なるガスを吸着して電気抵抗が変化する複数種類のガス感応物質が塗布されたガス感応部（Ａ）と、複数種類のガス感応物質が塗布され、かつ塗布量の異なるガス感応物質が塗布されたガス感応部（Ｂ）および前記（Ａ），（Ｂ）のいずれかであって電極の物理的寸法が異なる複数種類の電極（Ｃ）からなり、これらの出力のうち前記（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の値が同じ組み合わせのガス感応部の出力値を比較して多数決処理を行って正常に動作しているセンサの値を採用して平均化するので、高濃度から低濃度まで測定できる広いダイナミックレンジを得ることが出来る。
【００１７】
本発明の請求項４によれば、前記平均化したガス感応部の出力と、あらかじめ作成しておいた測定対象ガスの成分と濃度、及び測定対象でないガスの成分と濃度で、各ガス感応部の出力値がどうなるかのデータと、測定対象のそれぞれのガスに対するガス感応部の出力値を比較し、複数成分ガスの濃度を決定し、測定結果を得るようにしたので、測定値の高信頼化、高精度化をはかることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明のガスセンサの実施形態の一例を示す構成図である。
【図２】本発明の信号処理工程の実施形態の一例を示す構成図である。
【図３】従来のガスセンサの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明のガスセンサの実施形態の一例を示す概略構成図である。
図１において、（ａ）で示す部分は図３（ｂ）で示したガス感応部である。（ｂ）で示す部分は例えばシリコンウエハ上に形成した複数のガス感応部３である。
【００２０】
これらの感応部は、異なるガスを吸着して電気抵抗が変化する複数種類のガス感応物質が塗布されたガス感応部（Ａ）、複数種類のガス感応物質が塗布され、かつ塗布量の異なるガス感応物質が塗布されたガス感応部（Ｂ）、および前記（Ａ），（Ｂ）のいずれかであって電極の物理的寸法が異なる複数種類の電極（Ｃ）で形成されている。なお、ガス感応物質に吸着したガスは、加温によりリフレッシュする事が出来る。リフレッシュのタイミング、手順は用途により適宜行うことが出来る。
【００２１】
（ｃ）で示す部分は信号処理手段である。４はマルチプレクサで、ウエハ上に形成された全てのセンサ感応部からの信号を順次取り入れる（信号を取り入れるための配線は公知の手法を用いて行うものとし、図では省略する）。
この信号は信号調節を行うシグナルコンディショナ５に出力される。６はＡ／Ｄ変換手段であり、Ａ／Ｄ変換された信号は信号処理器７に送出される。
【００２２】
図２は信号処理器７の処理手順を示す流れ図である。
この信号処理器７では、手順イにおいて、始めにオペレータが外部から測定レンジ、測定成分を指定する。これにより先に述べたガス感応部（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の組み合わせの内、どのガス感応部の値を演算するか決定される。
【００２３】
次に、手順ロにおいて、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の値が同じ組み合わせのガス感応部の出力値を比較し公知の演算式を用いて多数決処理を行い、正常に動作しているセンサの値を採用し平均化する。
【００２４】
その後、手順ハにおいて、予め作成しておいた測定対象ガスの成分と濃度、及び測定対象でないガスの成分と濃度で、各ガス感応部の出力値がどうなるかのデータと、測定対象のそれぞれのガス感応部の出力値を比較し、複数成分ガスの濃度を決定し、測定結果とする。
【００２５】
上述のようにガス感応部として（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）を作製し、処理手順イ，ロ，ハに従って信号処理を行うことにより、複数成分が混合したガスのそれぞれの成分の濃度を高速に計測することが出来、高濃度から低濃度まで測定できる広いダイナミックレンジを得ることが出来る。更に、測定値の高信頼化、高精度化をはかることが出来る。
【００２６】
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば、マルチプレクサ、シグナルコンディショナ、Ａ／Ｄ変換手段および信号処理器のすべて若しくは一つはシリコンウエハに作り込んで形成してもよい。また、ガス感応部はシリコンウエハ上にナノギャップ構造と酸化物塗布によりガス感応部を形成したが他の基板上であってもよく、他の方法で作製したセンサであってもよい。また、測定対象はガスに限ることなく液体であっても良い。
【００２７】
また、本実施例では、ハード機能ブロック処理順序、及び信号演算器での処理順序をマルチプレクサ→シグナルコンディショナ→Ａ／Ｄ変換手段→信号処理器としているが、処理の結果に問題がなければ、ハード処理／ソフト処理、処理の順序は任意に変えることもできる。また使い方によっても変更する事が出来る。
従って本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。
【符号の説明】
【００２８】
１    電極
２    ガス感応部
３    複数のガス感応部
４    マルチプレクサ
５    シグナルコンディショナ
６    Ａ／Ｄ変換器
７    信号処理器
【図２】
2011007601.tif 000003
【図１】
2011007601.tif 000004
【図３】
2011007601.tif 000005