(57)【要約】      （修正有）【課題】ガス検出装置において、小電力で動作可能にして、さらにガス応答性を高めるガス検出装置を提供する。【解決手段】ガス検出装置の複数の印加電圧モードは、予備検知モードと、検知遅れ回避モードと、本検知モードとを有している。予備検知モードは、駆動周期を有する。検知遅れ回避モードは、駆動周期より短い駆動周期を有し、予備検知モードから切り換え可能である。本検知モードは、出力部による報知動作と共にガス検出を行うモードであり、駆動周期より短い駆動周期を有している。本検知モードは、検知遅れ回避モードから切り換え可能である。【選択図】図３
2019015618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象ガスのガス濃度に応じて電気的特性が変化する感ガス部と、
前記検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲に前記感ガス部を加熱する加熱部と、
前記電気的特性から前記検出対象ガスを検出する検出部と、
前記加熱部への印加電圧を制御する加熱制御部と、
前記検出部によって前記検出対象ガスが検出されれば、ガス検出報知を行うガス検出報知部と、を備え、
前記加熱制御部は、前記検出部からの検出結果に基づいて複数の印加電圧モードを互いに切り換え、
前記複数の印加電圧モードは、
第１駆動周期を有する予備検知モードと、
前記第１駆動周期より短い第２駆動周期を有し、前記予備検知モードから切り換え可能な検知遅れ回避モードと、
前記ガス検出報知部による報知動作と共にガス検出を行うモードであり、前記第１駆動周期より短い第３駆動周期を有しており、前記検知遅れ回避モードから切り換え可能な本検知モードと、を有する、
ガス検出装置。
【請求項２】
前記予備検知モード、前記検知遅れ回避モード、及び前記本検知モードは、各々、一周期内が高電圧印加期間、低電圧印加期間及び無電圧印加期間の少なくとも２つを有する、請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項３】
前記第１駆動周期、前記第２駆動周期及び前記第３駆動周期の少なくとも１つは、大電力期間と、前記大電力期間の後の小電力期間とを含む、請求項１に記載のガス検出装置。
【請求項４】
前記予備検知モードから前記検知遅れ回避モードへの切換条件は、前記検出結果がガス発生可能性条件を満たした場合である、請求項１〜３のいずれかに記載のガス検出装置。
【請求項５】
前記検知遅れ回避モードから前記本検知モードへの切換条件は、前記検出結果がガス発生確実条件を満たした場合である、請求項１〜４のいずれかに記載のガス検出装置。
【請求項６】
前記第２駆動周期は前記第３駆動周期より短い、請求項１〜５のいずれかに記載のガス検出装置。
【請求項７】
前記第２駆動周期は前記第３駆動周期と等しい、請求項１〜５のいずれかに記載のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス検出装置として、酸化スズ（ＳｎＯ2）などの金属酸化物半導体を主成分とする感ガス体を有する半導体式ガスセンサ（センシング素子）を用いたものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。
この種のガス検出装置は、感ガス体の表面に可燃性ガスのような還元性ガスが接触すると酸化還元作用によって感ガス体の抵抗値が減少するという性質を利用して、可燃性ガスを検出する。特許文献１に記載のガス検出装置は、感ガス体の温度や材料を適切に組み合わせることによって、不完全燃焼ガスと可燃性ガスとの両方を検出可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４６９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の半導体式ガスセンサでは、ヒータ兼用電極に高低二段階の電圧を所定の周期で供給して感ガス体を高低二段階の温度で加熱することで、感ガス体の高温時に可燃性ガスを検出している。これはメタン等の可燃性ガスの検知感度が、高温加熱状態で高くなっており、しかも素子温度が低くなると急激に低下するためである。
【０００５】
近年はガス警報器を電池駆動にすることが求められている。そのためには、ガスを検出するためにヒータに電圧を印加する時間を短くして、それ以外の時はヒータに電圧を印加しないという間歇駆動を行うことによって、消費電力を低減することが行われている。
しかし、駆動周期を長くすると検知間隔が長くなるので、ガス漏れが発生してから警報を発するまでの時間が長くなってしまう。一方、駆動周期を短くすると、電池の消耗が激しくなって、電池式ガス警報器としての実用性が低下してしまう。
また、検定規定では、警報器を入れた試験槽内の検出対象ガスの濃度を徐々に上昇させて、規定濃度範囲内で警報することが検査される。さらに、その後、槽内のガスを空気で置換した時に、警報動作が停止することが検査される。したがって、検知間隔が長すぎると、ガスが無くなったと判断するまでの時間が長くなり、そのため規定を満たさない可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、ガス検出装置において、小電力で動作可能にして、さらにガス応答性を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一見地に係るガス検出装置は、感ガス部と、加熱部と、検出部と、加熱制御部と、ガス検出報知部とを備えている。
感ガス部は、検出対象ガスのガス濃度に応じて電気的特性が変化する。
加熱部は、検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲に感ガス部を加熱する。
検出部は、電気的特性から検出対象ガスを検出する。
加熱制御部は、加熱部への印加電圧を制御する。
加熱制御部は、検出部からの検出結果に基づいて複数の印加電圧モードを互いに切り換える。
ガス検出報知部は、検出部によって検出対象ガスが検出されれば、ガス検出報知を行う。
複数の印加電圧モードは、予備検知モードと、検知遅れ回避モードと、本検知モードとを有している。
予備検知モードは、第１駆動周期を有する。
検知遅れ回避モードは、第１駆動周期より短い第２駆動周期を有し、予備検知モードから切り換え可能である。
本検知モードは、ガス検出報知部による報知動作と共にガス検出を行うモードであり、第１駆動周期より短い第３駆動周期を有している。本検知モードは、検知遅れ回避モードから切り換え可能である。
この装置では、予備検知モードの時は駆動周期が長いので、小電力消費である。予備検知モードから検知遅れ回避モードに切り換えられると、駆動周期が短くなることで時間当たり検知回数が増える。この結果、検知遅れ時間が短縮され、つまりガス応答性が高くなる。さらに、検知遅れ回避モードから本検知モードに切り換えられると、警報を発しつつガスの監視が行われる。本検知モードでは駆動周期が短いので、ガスが無くなった場合にそのことを短時間で検出できる。
【０００８】
予備検知モード、検知遅れ回避モード、及び本検知モードは、各々、一周期が高電圧印加期間、低電圧印加期間及び無電圧印加期間の少なくとも２つを有していてもよい。
この装置では、検出対象ガスの種類によって、検知点を適宜選択可能である。
【０００９】
第１駆動周期、第２駆動周期及び第３駆動周期の少なくとも１つは、大電力期間と、大電力期間の後の小電力期間とを含んでいてもよい。
この装置では、最初に大電力期間を設けることによって感ガス体を高温にすることで水分を飛ばすことができ、その結果、湿度が高い環境などであっても、感ガスセンサの検出精度が低下しない。従来では、湿度が高い環境などでは、常温で感ガス体の表面に水分が吸着してしまい抵抗値が下がることがあった。
一例として、高電圧印加期間が大電力期間と一致し、低電圧印加期間が小電力期間に一致する。他の例として、低電圧印加期間が大電力期間と一致し、高電圧印加期間が小電力期間に一致する。後者は、低電圧印加期間が高電圧印加期間より長い場合である。
【００１０】
予備検知モードから検知遅れ回避モードへの切換条件は、検出結果がガス発生可能性条件を満たした場合であってもよい。
この装置では、ガス発生の可能性があれば、予備検知モードから検知遅れ回避モードに切り換えられることで、小電力で駆動しつつ、ガス発生時の検知遅れを回避できる。
【００１１】
検知遅れ回避モードから本検知モードへの切換条件は、検出結果がガス発生確実条件を満たした場合であってもよい。
この装置では、ガス発生が確実であれば、検知遅れ回避モードから本検知モードに切り換えられることで、報知動作が行われる。また、ガスが無くなったときの検知遅れを回避できる。
【００１２】
第２駆動周期は第３駆動周期より短くてもよい。
この装置では、第２駆動周期を十分に短くすることで、検知遅れ回避モードでガス発生時の検知遅れを回避できる。
第２駆動周期は第３駆動周期と等しくてもよい。
この装置では、制御が簡単になると共に、第２駆動周期及び第３駆動周期を十分に短くすることで、検知遅れ回避モードでガス発生時の検知遅れを回避でき、さらに、本検知モードでガスが無くなった時の検知遅れを回避できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係るガス検出装置では、小電力で動作可能であり、さらにガス応答性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態のガス検出装置のガスセンサの構成を示す概略図。
【図２】ガス検出装置の構成を示す概略回路図。
【図３】ガス検出装置の動作を示す概略フローチャート。
【図４】ガス検出装置の予備検知モード、検知遅れ回避モード、本検知モードのタイミングチャート。
【図５】予備検知モードのタイミングチャート。
【図６】検知遅れ回避モードのタイミングチャート。
【図７】本検知モードのタイミングチャート。
【図８】ガス検出装置の動作を示す詳細フローチャート。
【図９】第２実施形態のガス検出装置の予備検知モード、検知遅れ回避モード、本検知モードのタイミングチャート。
【図１０】予備検知モードのタイミングチャート。
【図１１】検知遅れ回避モード及び本検知モードのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
１．第１実施形態
（１）ガス検出装置の概略構成
図１及び図２を用いて、ガス検出装置１を説明する。図１は、第１実施形態のガス検出装置のガスセンサの構成を示す概略図である。図２は、ガス検出装置の構成を示す概略回路図である。
【００１６】
図２に示すように、ガス検出装置１は、ガスセンサ３と、検出部５とを備えている。ガス検出装置１は、ガスセンサ３を駆動する駆動部７をさらに備えている。
ガスセンサ３は、半導体式ガスセンサからなり、検出対象ガスのガス濃度に応じて電気的特性（具体的には、抵抗値）が変化する。
検出部５は、ガスセンサ３の駆動中の抵抗値に基づいて、検出対象ガスを検出する。
【００１７】
（２）ガスセンサ
ガスセンサ３は、図１に示すように、酸化第二スズ（ＳｎＯ2）などの金属酸化物半導体を主成分とし、略球状に形成された、いわゆる焼結体型の感ガス体１１（感ガス部の一例）を有している。感ガス体１１内には、白金線からなり通電により発熱するヒータコイル１３（加熱部の一例）と、貴金属線からなる検出電極１５とが設けられている。ヒータコイル１３は、検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲になるように、感ガス体１１を加熱する。
検出電極１５は、直線状に形成されており、ヒータコイル１３は、検出電極１５の周囲に巻き回されたコイル状に形成されている。
感ガス体１１の表面に還元性ガスからなる検出対象ガスが接触すると、酸化還元作用によって感ガス体１１の抵抗値が減少する。したがって、ガス検出装置１は、感ガス体１１の抵抗値から、検出対象ガスの濃度を検出できる。
【００１８】
ガスセンサ３は、ヒータコイル１３の両端から感ガス体１１の外へ引き出された一対のリード線１７，１９と、検出電極１５の一端から感ガス体１１の外へ引き出されたリード線２１とを有している。リード線１７，１９，２１は、端子２３，２５，２７に対してそれぞれ電気的に接続されている。３本の端子２３，２５，２７は、略円板状に形成された合成樹脂製のベース２９を、その厚み方向に貫通するようにしてベース２９に保持されている。なお、ベース２９には、感ガス体１１を覆うように有底円筒状のカバー３４（図１では二点鎖線で示す）が取り付けられる。カバー３４の底板には、検出対象ガスの導入口となる開口部が形成されている。
【００１９】
ガスセンサ３では、ヒータコイル１３への通電により感ガス体１１が加熱された状態において、周囲の検出対象ガスの濃度に応じて感ガス体１１の抵抗値が変化する。具体的には、検出対象ガスの濃度が高いほど感ガス体１１の抵抗値は低くなる。つまり、ガスセンサ３は、３本の端子２３，２５，２７を有する三端子型のガスセンサである。そして、端子２５はヒータコイル１３に接続され、端子２５は検出電極１５に接続されているので、端子２５と端子２７との間の抵抗値は、ヒータコイル１３と検出電極１５との間に存在する感ガス体１１の抵抗値である。そのため、ガスセンサ３は、感ガス体１１が加熱された状態で、検出対象ガスの濃度に応じて端子２５と端子２７との間の抵抗値が変化することになる。
【００２０】
（３）駆動部
駆動部７は、図２に示すように、制御部３１（加熱制御部の一例）と、電池３２と、スイッチング素子３３とを有している。駆動部７は、制御部３１にてスイッチング素子３３を制御し、電池３２からヒータコイル１３に通電して感ガス体１１を加熱することにより、ガスセンサ３を駆動する。
制御部３１は、ヒータコイル１３への印加電圧を制御する。制御部３１は、消費電力を低減するために、所定の駆動周期でヒータをパルス通電して、高温期間と低温期間が交互に繰り返されるように制御する。制御部３１は、処理部３５からの検出結果に基づいて、パルス通電における複数の印加電圧モードを互いに切り換える（後述）。
電池３２は、略一定電圧に安定化された直流電圧を出力する。電池３２の正極の出力端は、ガスセンサ３の端子２３に対し、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなるスイッチング素子３３を介して電気的に接続されている。電池３２の負極の出力端は、ガスセンサ３の端子２５に対し、電気的に接続されている。つまり、電池３２の一対の出力端には、スイッチング素子３３を介してヒータコイル１３が電気的に接続されている。
【００２１】
制御部３１は、スイッチング素子３３の制御端子（ゲート端子）に電気的に接続されている。制御部３１の出力がＨ（ハイ）レベルからＬ（ロー）レベルに反転すると、スイッチング素子３３はターンオンし、電池３２からスイッチング素子３３を介してヒータコイル１３に通電され、感ガス体１１が加熱される。一方、制御部３１の出力がＬレベルからＨレベルに反転すると、スイッチング素子３３はターンオフし、ヒータコイル１３への通電が停止する。
【００２２】
制御部３１には、ヒータ電圧が入力される入力線４５が接続されている。
制御部３１は、単位時間当たりに所定時間ずつヒータコイル１３へ通電されるように、制御部３１にて電池３２からヒータコイル１３への通電時間を制御することで、電力を調整し、感ガス体１１の温度が目的とするヒータ電圧を印加したときと同じようになるようにしている。この構成では、駆動部７は、ヒータ電圧に応じたＰＷＭ制御によってスイッチング素子３３のデューティ比を変化させることで、感ガス体１１の温度を調節できる。
駆動部７は、安定化回路４３を有している。安定化回路４３は、電池３２と制御部３１との間に配置されている。安定化回路４３は、電池電圧を、ヒータ以外の回路に所定電圧で安定させる。
【００２３】
（４）検出部
検出部５は、感ガス体１１の電気的特性から検出対象ガスを検出する。検出部５は、処理部３５と、負荷抵抗３７とを有している。
処理部３５は、駆動周期のサンプリングタイミングごとにガス濃度を検出し、そのつど演算処理、警報判定処理を行う。
処理部３５は、出力端３５ａと、入力端３５ｂとを有している。出力端３５ａは、負荷抵抗３７を介してガスセンサ３の端子２５と電気的に接続されている。処理部３５の入力端３５ｂは、直接的にガスセンサ３の端子２５と電気的に接続されている。処理部３５は、ヒータコイル１３に通電されている加熱期間において、出力端３５ａと、ガスセンサ３の端子２７との間に所定の直流電圧を印加し、この状態で入力端３５ｂに入力される電圧を検出電圧として検出する。つまり、検出部５は、直流電圧が負荷抵抗３７と感ガス体１１の抵抗成分とで分圧された電圧を、検出電圧として検出する。ここで、分圧前の直流電圧の大きさと、負荷抵抗３７の抵抗値とは既知であるから、処理部３５は、検出電圧の大きさはガスセンサ３の抵抗値（感ガス体１１の抵抗成分の抵抗値）を表すことになる。したがって、検出部５は、検出電圧を検出することにより、ガスセンサ３の抵抗値を取得できる。
【００２４】
ガス検出装置１は、出力部４１（ガス検出報知部の一例）を有している。出力部４１は、処理部３５によって検出対象ガスが検出されると、ガス検出報知を行う。
具体的には、出力部４１は、処理部３５に電気的に接続されている。出力部４１は、例えば発光ダイオードやブザー、リレーなどを含んでいる。これにより、検出部５は、検出対象ガスの検出結果に応じて出力部４１を制御し、発光ダイオードの点灯状態を変化させたり、ブザーやスピーカに警報音を出力させたりして、検出結果をユーザに通知する。本実施形態では、検出部５は、検出対象ガスの濃度が所定濃度以上と判定すると警報を発生する。警報状態にある検出部５が、検出対象ガスの濃度が所定濃度未満と判定すると、警報を解除する。また、検出部５は、検出対象ガスの濃度を提示するように構成されていてもよい。
【００２５】
制御部３１及び処理部３５は、マイコン（マイクロコンピュータ）４９によって実現されている。マイコン４９は、は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。マイコン４９は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。
【００２６】
マイコン４９は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。
マイコン４９の各要素の機能は、一部又は全てが、マイコン４９を構成するコンピュータシステムにて実行可能なプログラムとして実現されてもよい。その他、マイコン４９の各要素の機能の一部は、カスタムＩＣにより構成されていてもよい。
マイコン４９には、図示しないが、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。
処理部３５には、温度センサ４７が接続されている。温度センサ４７はガスセンサ３の近傍に配置されている。これにより検出された抵抗値は、温度補正して判定に用いられる。
【００２７】
（５）概略動作
図３を用いて、ガス検出装置１の概略動作を説明する。図３は、ガス検出装置の動作を示す概略フローチャートである。
以下に説明する制御フローチャートは例示であって、各ステップは必要に応じて省略及び入れ替え可能である。また、複数のステップが同時に実行されたり、一部又は全てが重なって実行されたりしてもよい。
さらに、制御フローチャートの各ブロックは、単一の制御動作とは限らず、複数のブロックで表現される複数の制御動作に置き換えることができる。
なお、各装置の動作は、制御部から各装置への指令の結果であり、これらはソフトウェア・アプリケーションの各ステップによって表現される。
【００２８】
ステップＳ１では、予備検知モードが実行される。つまり、通常の大半の動作時には、予備検知モードが実行されている。具体的には、制御部３１が予備検知モードを実行し、処理部３５がその結果を検出する。
【００２９】
ステップＳ２では、第１条件が満たされたか否かが判断される。具体的には、処理部３５が検出結果から第１条件が満たされたか否かを判断する。第１条件は、ガス発生可能条件である。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ３に移行する。つまり、予備検知モードが検知遅れ回避モードに切り換えられる。
ステップＳ３では、検知遅れ回避モードが実行される。具体的には、制御部３１が検知遅れ回避モードを実行し、処理部３５がその結果を検出する。この結果、検出対象ガスの検出遅れが生じにくくなる。
【００３０】
ステップＳ４では、第２条件が満たされたか否かが判断される。具体的には、処理部３５が、検出結果から第２条件が満たされたか否かを判断する。第２条件は、警報発生条件（ガス発生確実条件）である。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ５に移行する。つまり、検知遅れ回避モードが本検知モードに切り換えられる。なお、検知遅れ回避モードでガスがないと判断した場合は、予備検知モードに戻るようにしてもよい。
ステップＳ５では、ガス漏れ警報が発生される。具体的には、処理部３５が出力部４１を制御して警報を発生させる。
【００３１】
ステップＳ６では、本検知モードに移行して、ガスの監視を行う。具体的には、制御部３１が本検知モードを実行し、処理部３５がその結果を検出する。なお、ステップＳ５とステップＳ６の順序は限定されない。
ステップＳ７では、第３条件が満たされたか否かが判断される。具体的には、処理部３５が、検出結果から第３条件が満たされたか否かを判断する。第３条件は、ガス濃度低下条件である。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ８に移行し、ＮｏであればプロセスはステップＳ５に戻る。つまり、本検知モードから予備検知モードに戻るのは、ガス濃度が十分低下したと判断された場合である。
ステップＳ８では、警報が解除される。具体的には、処理部３５が出力部４１を制御して警報を停止させる。
【００３２】
上記の動作において、予備検知モードの時は検知間隔が長いので、小電力消費である。予備検知モードから検知遅れ回避モードに切り換えられると、検知間隔が短くなることで時間当たり検知回数が増える。この結果、検知遅れ時間が短縮され、つまりガス応答性が高くなる。さらに、検知遅れ回避モードから本検知モードに切り換えられれば、警報を発しつつガスの監視が行われる。本検知モードでは検知間隔が短いので、ガスが無くなった場合にそのことを短時間で検出できる。
【００３３】
（６）各印加電圧モードの詳細説明
図４〜図７を用いて、予備検知モード、検知遅れ回避モード、及び本検知モードを説明する。図４は、ガス検出装置の予備検知モード、検知遅れ回避モード、本検知モードのタイミングチャートである。図５は、予備検知モードのタイミングチャートである。図６は、検知遅れ回避モードのタイミングチャートである。図７は、本検知モードのタイミングチャートである。
予備検知モード、検知遅れ回避モード、及び本検知モードは、各々、一周期が高電圧印加期間（高温期間）と低電圧又は無電圧印加期間（低温期間）とを有している。そのため、検出対象ガスの種類によって、検知点を適宜選択可能である。ただし、以下の例ではメタン等の燃焼ガスを高電圧印加期間で検知する例を説明する。
【００３４】
図４（ａ）に、予備検知モードを示している。予備検知モードでは、制御部３１は、駆動周期Ｔ１（第１駆動周期の一例）でヒータ電圧を制御する。予備検知モードは、電源投入後に実行される。駆動周期Ｔ１は、例えば、５〜５０秒の範囲である。
予備検知モードは、図５に示すように、一周期は、加熱期間Ｔ１ａと、非加熱期間Ｔ１ｂとを有している。加熱期間Ｔ１ａでは、目的とするヒータ電圧をＶ１として感ガス体１１を例えば約４００度に加熱する。非加熱期間Ｔ１ｂでは、目的とするヒータ電圧を０Ｖとして感ガス体１１を加熱しない。ヒータ電圧Ｖ１は例えば０．６５Ｖであり、加熱期間Ｔ１ａは例えば０．１０秒であり、非加熱期間Ｔ１ｂは例えば４９．９０秒である。
検出部５がガスセンサ３の抵抗値を取得するサンプリングタイミングは、加熱期間Ｔ１ａの最後の点Ｐ１である。すなわち、パルス通電の最終タイミングでガス検知（センサ抵抗値の測定）を行っている。
【００３５】
図４（ｂ）に、検知回避遅れモードを示している。検知遅れ回避モードでは、制御部３１は、駆動周期Ｔ２（第２駆動周期の一例）でヒータ電圧を制御する。駆動周期Ｔ２は駆動周期Ｔ１より短い。つまり、検知遅れ回避モードは予備検知モードに比べて検知間隔が短い。駆動周期Ｔ２は、例えば、１〜１０秒の範囲である。なお、予備検知モードから検知遅れ回避モードに切り換えられるのは、検出結果がガス発生可能条件を満たした場合である。このようにガス発生の可能性があれば、予備検知モードから検知遅れ回避モードに切り換えられることで、小電力で駆動しつつ、ガス発生時の検知遅れを回避できる。
検知遅れ回避モードでは、図６に示すように、一周期は、加熱期間Ｔ２ａと、非加熱期間Ｔ２ｂとを有している。加熱期間Ｔ２ａでは、目的とするヒータ電圧をＶ２として感ガス体１１を例えば約４００度に加熱する。非加熱期間Ｔ２ｂでは、目的とするヒータ電圧を０Ｖとして感ガス体１１を加熱しない。ヒータ電圧Ｖ２は例えば０．６５Ｖであり、加熱期間Ｔ２ａは例えば０．１０秒であり、非加熱期間Ｔ２ｂは例えば１．９０秒である。
検出部５がガスセンサ３の抵抗値を取得するサンプリングタイミングは、加熱期間Ｔ２ａの最後の点Ｐ２である。
【００３６】
図４（ｃ）に、本検知モードを示している。本検知モードでは、制御部３１は、駆動周期Ｔ３（第３駆動周期の一例）でヒータ電圧を制御する。本検知モードは、出力部４１による報知動作と共にガス検出を行うモードである。駆動周期Ｔ３は、駆動周期Ｔ１より短く、駆動周期Ｔ２より長い。つまり、本検知モードは予備検知モードに比べて検知間隔が短い。駆動周期Ｔ３は、例えば、１〜４９秒の範囲であり、検出対象ガスが無くなったことを遅れなく検知可能な長さに設定される。なお、検知遅れ回避モードから本検知モードに切り換えられるのは、検出結果がガス発生確実条件を満たした場合である。このようにガス発生が確実であれば、検知遅れ回避モードから本検知モードに切り換えられることで、報知動作が行われる。また、ガスが無くなったときの検知遅れを回避できる。
本検知モードでは、図７に示すように、一周期は、加熱期間Ｔ３ａと、非加熱期間Ｔ３ｂとを有している。加熱期間Ｔ３ａでは、目的とするヒータ電圧をＶ３として感ガス体１１を例えば約４００度に加熱する。非加熱期間Ｔ３ｂでは、目的とするヒータ電圧を０Ｖとして感ガス体１１を加熱しない。ヒータ電圧Ｖ３は例えば０．６５Ｖであり、加熱期間Ｔ３ａは例えば０．１０秒であり、非加熱期間Ｔ３ｂは例えば９．９０秒である。
検出部５がガスセンサ３の抵抗値を取得するサンプリングタイミングは、加熱期間Ｔ３ａの最後の点Ｐ３である。
以上に述べたように駆動周期Ｔ２は駆動周期Ｔ３より短い。そのため、駆動周期Ｔ２を十分に短くすることで、検知遅れ回避モードではガス発生時の検知遅れを回避できる。
【００３７】
（７）詳細動作
図８を用いて、ガス検出装置１の詳細動作を説明する。図８は、第１実施形態のガス検出装置の動作を示す詳細フローチャートである。なお、下記の説明における数値は例であって、それらに限定されることはない。
なお、以下の説明では、ガス検出装置１は、電池式メタン警報器である。
ステップＳ１０１では、電源投入が実行される。
【００３８】
ステップＳ１０２では、予備検知モードが実行される。
ステップＳ１０３では、Ｒｓ１／Ｒｓ２≦１（絶対値検知）又はＲｓ１／Ｒｓ１’≦０．７（相対値検知）が満たされるか否かが判断される。これらが、予備検知モードから検知遅れ回避モードに移行する条件（ガス発生可能性条件）である。Ｒｓ１は、予備検知モードの現在のセンサ抵抗値である。Ｒｓ２は、予備検知モードから検知遅れ回避モードに移行する判定値である。Ｒｓ１’は、予備検知モードの２周期前のセンサ抵抗値である。
【００３９】
ステップＳ１０４では、検知遅れ回避モードが実行される。
ステップＳ１０５では、検知遅れ回避モードに入ってから９０秒以内か否かが判断される。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ１０６に移行し、ＮｏであればプロセスはステップＳ１０３に戻る（予備検知モードに戻る）。つまり、検知遅れ回避モードに移行してから９０秒経過しても本検知モードに移行しないことが、検知遅れ回避モードから予備検知モードに戻る１つめの条件である。
【００４０】
ステップＳ１０６では、Ｒｓ３／Ｒｓ４≦１が満たされたか否かが判断される。Ｒｓ３は、検知遅れ回避モード又は本検知モードの現在のセンサ抵抗値である。Ｒｓ４は、検知遅れ回避モード及び本検知モードの警報設定値である。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ１０７に移行し、ＮｏであればプロセスはステップＳ１１１に移行する。つまり、上記条件が、検知遅れ回避モードから本検知モードに移行する条件（ガス発生確実条件）である。
ステップＳ１０７では、ガス漏れ警報が発報される。
ステップＳ１０８では、本検知モード実行される。
【００４１】
ステップＳ１０９では、Ｒｓ３／Ｒｓ４＞１．０５が満たされたか否かが判断される。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ１１０に移行し（予備検知モードに移行し）、ＮｏであればプロセスはステップＳ１１４に移行する。つまり、上記条件が、本検知モードから予備検知モードに戻る条件の１つ目である。
ステップＳ１１０では、警報解除が実行される。
【００４２】
ステップＳ１０６でＮｏの場合に、検知遅れ回避モードから予備検知モードに戻る２つ目の条件（ステップＳ１１１〜ステップＳ１１３）を説明する。
ステップＳ１１１では、Ｒｓ３／Ｒｓ４＞２．２が満たされたか否かが判断される。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ１１２に移行し、ＮｏであればプロセスはステップＳ１０５に移行する。
【００４３】
ステップＳ１１２では、回数カウント＋１が実行される。
ステップＳ１１３では、回数カウント数＝５か否かが判断される。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ１０３に戻る（予備検知モードに戻る）。つまり、５回連続してＲｓ３／Ｒｓ４＞２．２が満たされることが、検知遅れ回避モードから予備検知モードに戻る２つめの条件である。ＮｏであればプロセスはステップＳ１０５に戻る。
【００４４】
次に、ステップＳ１０９でＮｏの場合に、本検知モードから予備検知モードに戻る２つ目の条件（ステップＳ１１４〜Ｓ１１６）を説明する。
ステップＳ１１４では、Ｒｓ３／Ｒｓ３’≧１．１が満たされたか否かが判断される。Ｒｓ３’は、本検知モードの２周期前のセンサ抵抗値である。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ１１５に移行し、ＮｏであればプロセスはステップＳ１０７に戻る。
【００４５】
ステップＳ１１５では、回数カウント＋１が実行される。
ステップＳ１１６では、回数カウント数＝２が満たされたか否かが判断される。ＹｅｓであればプロセスはステップＳ１１０に移行し（予備検知モードに移行し）、ＮｏであればプロセスはステップＳ１０７に戻る。つまり、Ｒｓ３／Ｒｓ３’≧１．１が２回連続満たされることが、本検知モードから予備検知モードに移行する条件の２つ目である。
【００４６】
２．第２実施形態
第１実施形態では、駆動周期Ｔ３は駆動周期Ｔ２と異なっており、具体的には駆動周期Ｔ２より長かった。しかし、本検知モードの駆動周期は検知遅れ回避モードの駆動周期と等しくてもよい。
図９〜図１１を用いて、そのような実施形態として、第２実施形態を説明する。図９は、第２実施形態のガス検出装置の予備検知モード、検知遅れ回避モード、本検知モードのタイミングチャートである。図１０は、予備検知モードのタイミングチャートである。図１１は、検知遅れ回避モード及び本検知モードのタイミングチャートである。
【００４７】
なお、基本的な構造及び動作は第１実施形態と同じであるので、以下の説明では異なる部分を中心に説明する。特に、本実施形態は、第１実施形態の図１、図２、図３及び図８並びにそれらの本明細書中の説明と同じ内容を有している。
ただし、以下の説明におけるガス検出装置１は、電池式ＬＰ警報器である。
【００４８】
本実施形態では、図３のステップＳ６及び図８のステップＳ１０８と同様に、所定条件が満たされれば、検知遅れ回避モードから本検知モードに移行して、検出対象ガスの監視が行われる。具体的には、制御部３１が本検知モードを実行し、処理部３５がその結果を検出する。ただし、この実施形態では、第１実施形態とは異なり、本検知モードの駆動周期は検知遅れ回避モードの駆動周期と同じである。
図９〜図１１を用いて、予備検知モード、検知遅れ回避モード、及び本検知モードを説明する。図９は、ガス検出装置の予備検知モード、検知遅れ回避モード、本検知モードのタイミングチャートである。図１０は、予備検知モードのタイミングチャートである。図１１は、検知遅れ回避モード及び本検知モードのタイミングチャートである。
【００４９】
予備検知モードでは、制御部３１は、駆動周期Ｔ１’（第１駆動周期の一例）でヒータ電圧を制御する。予備検知モードは、電源投入後に実行される。駆動周期Ｔ１は、例えば、５〜５０秒の範囲である。
図９（ａ）に、予備検知モードを示している。予備検知モードでは、図１０に示すように、一周期は、加熱期間Ｔ１ａ’と、非加熱期間Ｔ１ｂ’とを有している。加熱期間Ｔ１ａ’では、目的とするヒータ電圧をＶ４として感ガス体１１を例えば約４００度に加熱する。非加熱期間Ｔ１ｂ’では、目的とするヒータ電圧を０Ｖとして感ガス体１１を加熱しない。ヒータ電圧Ｖ４は例えば０．７０Ｖであり、加熱期間Ｔ１ａ’は例えば０．０７秒であり、非加熱期間Ｔ１ｂ’は例えば４９．９３秒である。
検出部５がガスセンサ３の抵抗値を取得するサンプリングタイミングは、加熱期間Ｔ１ａ’の最後の点Ｐ４である。
【００５０】
図９（ｂ）に、検知遅れ回避モードを示している。検知遅れ回避モードでは、制御部３１は、駆動周期Ｔ２’（第２駆動周期の一例）でヒータ電圧を制御する。駆動周期Ｔ２’は駆動周期Ｔ１’より短い。つまり、検知遅れ回避モードは予備検知モードに比べて検知間隔が短い。駆動周期Ｔ２’は、例えば、１〜１０秒の範囲である。なお、予備検知モードから検知遅れ回避モードに切り換えられるのは、検出結果がガス発生可能性条件を満たした場合である。このようにガス発生の可能性があれば、予備検知モードから検知遅れ回避モードに切り換えられることで、小電力で駆動しつつ、ガス発生時の検知遅れを回避できる。
検知遅れ回避モードでは、図１１に示すように、一周期は、第１加熱期間Ｔ２ａ’と、第２加熱期間Ｔ２ｂ’と、非加熱期間Ｔ２ｃ’とを有している。第１加熱期間Ｔ２ａ’では、目的とするヒータ電圧をＶ５として感ガス体１１を例えば約４００度に加熱する。第２加熱期間Ｔ２ｂ’では、目的とするヒータ電圧をＶ６として感ガス体１１を例えば約３００度に加熱する。非加熱期間Ｔ２ｃ’では、目的とするヒータ電圧を０Ｖとして感ガス体１１を加熱しない。第１加熱期間Ｔ２ａ’は例えば０．０７秒であり、ヒータ電圧Ｖ５は例えば０．６５Ｖであり、第２加熱期間Ｔ２ｂ’は例えば０．１０秒であり、ヒータ電圧Ｖ６は例えば０．４５Ｖであり、非加熱期間Ｔ２ｃ’は例えば１．８３秒である。なお、検出部５がガスセンサ３の抵抗値を取得するサンプリングタイミングは、第２加熱期間Ｔ２ｂ’の最後の点Ｐ５である。
【００５１】
また、図１１において、第１加熱期間Ｔ２ａ’の電力は、第２加熱期間Ｔ２ｂ’の電力より大きい。つまり、この実施形態では、検知遅れ回避モードの一周期内に、大電力期間と、大電力期間の後の小電力期間とが実現している。
この場合、最初に大電力期間を設けることによって感ガス体１１を高温にすることで水分を飛ばすことができ、その結果、湿度が高い環境などであっても、ガスセンサ３の検出精度が低下しにくい。従来では、常温で感ガス体の表面に水分が吸着した場合は、感ガス体の抵抗値が下がることがあった。
【００５２】
図９（ｂ）に、本検知モードを示している。本検知モードでは、制御部３１は、駆動周期Ｔ２’（第３駆動周期の一例）でヒータ電圧を制御する。本検知モードは、出力部４１による報知動作と共にガス検出を行うモードである。駆動周期Ｔ２’は駆動周期Ｔ１’より短い。つまり、本検知モードは予備検知モードに比べて検知間隔が短い。駆動周期Ｔ２’は、例えば、１〜１０秒の範囲である。なお、検知遅れ回避モードから本検知モードに切り換えられるのは、検出結果がガス発生確実条件を満たした場合である。
本検知モードでは、図１１に示すように、一周期は、第１加熱期間Ｔ２ａ’と、第２加熱期間Ｔ２ｂ’と、非加熱期間Ｔ２ｃ’とを有している。第１加熱期間Ｔ２ａ’では、目的とするヒータ電圧をＶ５として感ガス体１１を例えば約４００度に加熱する。第２加熱期間Ｔ２ｂ’では、ヒータ電圧をＶ６として感ガス体１１を加熱する。ヒータ電圧Ｖ６はヒータ電圧Ｖ５より低く、そのためセンサの抵抗変化率が増えることで、検知精度が向上する。非加熱期間Ｔ２ｃ’では、目的とするヒータ電圧を０Ｖとして感ガス体１１を加熱しない。第１加熱期間Ｔ２ａ’は例えば０．０７秒であり、ヒータ電圧Ｖ５は例えば０．６５Ｖであり、第２加熱期間Ｔ２ｂ’は例えば０．１０秒であり、ヒータ電圧Ｖ６は例えば０．４５Ｖであり、非加熱期間Ｔ２ｃ’は例えば１．８３秒である。
なお、検出部５がガスセンサ３の抵抗値を取得するサンプリングタイミングは、第２加熱期間Ｔ２ｂ’の最後の点Ｐ５である。
【００５３】
この装置では、検知遅れ回避モードの駆動周期と本検知モードの駆動周期を等しくすることで制御が簡単になると共に、それらを十分に短くすることで、検知遅れ回避モードではガス発生時の検知遅れを回避でき、さらに、本検知モードではガスが無くなったときの検知遅れを回避できる。
また、この実施形態では、検知遅れ回避モードと本検知モードにおいて、第１加熱期間Ｔ２ａ’と第２加熱期間Ｔ２ｂ’とを設けることで、ガス検出精度を高くしている。
【００５４】
この実施形態では、検知遅れ回避モードの場合と同様に、本検知モードの一周期内に、大電力期間と、大電力期間の後の小電力期間とが実現している。
なお、一周期が大電力期間とその後の小電力期間とを含む構成は、検知遅れ回避モード、本検知モード、及び予備検知モードのいずれに適用されてもよいし、いずれか１つ、いずれか２つ、又は３つ全てに適用されてもよい。これは第１実施形態及び他のいずれの実施形態においても当てはまる。
【００５５】
３．実施形態の共通事項
上記第１及び第２実施形態は、下記の構成及び機能を共通に有している。
ガス検出装置（例えば、ガス検出装置１）は下記の構成を備えている。
感ガス部（例えば、感ガス体１１）は、検出対象ガスのガス濃度に応じて電気的特性が変化する。
加熱部（例えば、ヒータコイル１３）は、検出対象ガスに対して感度を有する温度範囲に感ガス部を加熱する。
検出部（例えば、検出部５）は、電気的特性から検出対象ガスを検出する。
加熱制御部（例えば、制御部３１）は、加熱部への印加電圧を制御する。
加熱制御部は、検出部からの検出結果に基づいて複数の印加電圧モードを互いに切り換える。
ガス検出報知部（例えば、出力部４１）は、検出部によって検出対象ガスが検出されれば、ガス検出報知を行う。
複数の印加電圧モードは、予備検知モードと、検知遅れ回避モードと、本検知モードとを有している。
予備検知モードは、第１駆動周期（例えば、駆動周期Ｔ１、駆動周期Ｔ１’）を有する。
検知遅れ回避モードは、第１駆動周期より短い第２駆動周期（例えば、駆動周期Ｔ２、駆動周期Ｔ２’）を有し、予備検知モードから切り換え可能である。
本検知モードは、ガス検出報知部による報知動作と共にガス検出を行うモードであり、第１駆動周期より短い第３駆動周期（例えば、駆動周期Ｔ３、駆動周期Ｔ２’）を有している。本検知モードは、検知遅れ回避モードから切り換え可能である。
【００５６】
この装置では、予備検知モードの時は駆動周期が長い（例えば、駆動周期Ｔ１、駆動周期Ｔ１’）ので、小電力消費である。予備検知モードから検知遅れ回避モードに切り換えられると、駆動周期が短くなる（例えば、駆動周期Ｔ２、駆動周期Ｔ２’）ことで、時間当たり検知回数が増える（例えば、図４参照）。この結果、検知遅れ時間が短縮され、つまりガス応答性が高くなる。さらに、検知遅れ回避モードから本検知モードに切り換えられれば、警報を発しつつガスの監視が行われる。本検知モードでは駆動周期が短い（例えば、駆動周期Ｔ３、駆動周期Ｔ２’）ので、ガスが無くなったことを短時間で検出できる。
【００５７】
４．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
現在のセンサ抵抗値をＲｓとし、１周期前のセンサ抵抗値をＲｓ’とした場合に、Ｒｓ／Ｒｓ’＜０．７となれば、検出対象ガスによる急激な抵抗値変化があったとして警報を発生するようにしてもよい。この場合、センサ抵抗値が警報設定値を現時点では下回っていなくても、今後は下回ると予測したことになる。警報発生後には、警報を２周期維持して、センサ抵抗値が警報設定値を上回れば、検出対象ガスが周囲に存在しないと判断して警報を解除する。この実施例は第１及び第２実施形態とは別に又は組み合わせて実行可能である。
ガスセンサの種類は半導体式ガスセンサに限定されない。接触燃焼式、電気化学式であってもよい。
測定対象ガスの種類は特に限定されない。メタン、プロパンなどの可燃性ガスでもよいし、一酸化炭素のような不完全燃焼ガスであってもよい。
【００５８】
第１及び第２実施形態では、検知遅れ回避モード及び本検知モードの駆動期間内の高温期間は、予備検知モードの高温期間と同じであった。しかし、検知遅れ回避モード及び本検知モードの駆動期間内の高温期間は、予備検知モードの高温期間より長く設定してもよい。これより、検知遅れ回避モード及び本検知モードでのガス検知精度が向上する。
第１及び第２実施形態では、駆動周期の低温期間の印加電圧を０Ｖにしていたが、印加電圧を例えば０．２Ｖといった低電圧にしてもよい。
第１及び第２実施形態では、検知点（検出のための直流電圧印加のタイミング）は、高温期間の最後に１回だけであったが、高温期間の途中であってもよいし、回数も複数回でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、ガス検出装置に広く適用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１        ：ガス検出装置
３        ：ガスセンサ
５        ：検出部
７        ：駆動部
１１      ：感ガス体
１３      ：ヒータコイル
１５      ：検出電極
３１      ：制御部
３２      ：電池
３３      ：スイッチング素子
３４      ：カバー
３５      ：処理部
３７      ：負荷抵抗
４１      ：出力部
４３      ：安定化回路
４５      ：入力線
４７      ：温度センサ
４９      ：マイコン
【図１】
2019015618.tif 000003
【図２】
2019015618.tif 000004
【図３】
2019015618.tif 000005
【図４】
2019015618.tif 000006
【図５】
2019015618.tif 000007
【図６】
2019015618.tif 000008
【図７】
2019015618.tif 000009
【図８】
2019015618.tif 000010
【図９】
2019015618.tif 000011
【図１０】
2019015618.tif 000012
【図１１】
2019015618.tif 000013