(57)【要約】【課題】センサの温度補正又は光源補正を精度よく実施することが可能なハウジングを有するセンサを提供することを目的とする。【解決手段】発光部と受光部を有するハウジングと、温度検出部と、ハウジングからの信号を処理する信号処理部とを有し、平面視において、ハウジングの中心から温度検出部の中心までの距離は、ハウジングの中心から信号処理部の中心までの距離よりも短いセンサを提供する。又は、発光部と受光部を有するハウジングと、温度検出部と、ハウジングからの信号を処理する信号処理部と、第１の補正部とを有し、温度検出部で計測した第１の温度が第１の補正部に入力され、第１の補正部は、第１の温度と基準温度との差分から算出される差分出力を用いて、ハウジングからの出力信号を補正することを特徴とするセンサを提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と受光部を有するハウジングと、
温度検出部と、
前記ハウジングからの信号を処理する信号処理部とを有し、
平面視において、前記ハウジングの中心から前記温度検出部の中心までの距離は、前記ハウジングの中心から前記信号処理部の中心までの距離よりも短いことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記温度検出部と前記ハウジングは、平面視において重なるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記信号処理部と前記ハウジングは、平面視において重なるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
【請求項４】
平面視において、前記ハウジングの中心から前記温度検出部の中心までの距離は、前記温度検出部の中心から前記信号処理部の中心までの距離よりも短いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項５】
前記ハウジングは第１の基板の表面上に配置され、
前記温度検出部は前記第１の基板の裏面上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項６】
前記信号処理部は前記第１の基板の裏面上に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
【請求項７】
前記温度検出部は前記ハウジングの表面側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項８】
第１の補正部をさらに有し、
前記温度検出部は、前記ハウジングからの出力信号を温度換算することで第１の温度を出力し、
前記第１の補正部は、前記第１の温度と基準温度との差分から算出される差分出力を用いて、前記ハウジングからの出力信号を補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項９】
第２の補正部をさらに有し、
前記ハウジング内部には検出対象のガスを格納する内部空間を有し、
前記発光部からの光が前記内部空間を介して前記受光部に届くように構成され、
前記受光部は第１の受光部と第２の受光部から構成され、
前記第１の受光部は前記ガスを吸収する波長の光を検出し、
前記第２の受光部は前記ガスを吸収しない波長の光を検出し、
前記第２の補正部は、前記第２の受光部から出力される出力電圧と基準電圧の差分から前記発光部の電圧を補正することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載のセンサ。
【請求項１０】
発光部と受光部を有するハウジングと、
温度検出部と、
前記ハウジングからの信号を処理する信号処理部と、
第１の補正部とを有し、
前記温度検出部で計測した第１の温度が前記第１の補正部に入力され、前記第１の補正部は、前記第１の温度と基準温度との差分から算出される差分出力を用いて、前記ハウジングからの出力信号を補正することを特徴とするセンサ。
【請求項１１】
発光部と受光部を有するハウジングと、
温度検出部と、
前記ハウジングからの信号を処理する信号処理部と、
第２の補正部とを有し、
前記ハウジング内部には検出対象のガスを格納する内部空間を有し、
前記発光部からの光が前記内部空間を介して前記受光部に届くように構成され、
前記受光部は第１の受光部と第２の受光部から構成され、
前記第１の受光部はガスを吸収する波長の光を検出し、前記第２の受光部はガスを吸収しない波長の光を検出し、
前記第２の補正部は、前記第２の受光部から出力される出力電圧と基準電圧の差分から前記発光部の電圧を補正することを特徴とするセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線などの光の吸収特性を利用して気体成分の濃度を検出する気体成分検出装置など、ハウジングと温度検出部を有するセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の気体成分検出装置として、例えば、特許文献１〜７に記載されている装置がある。特許文献１、２に共通する技術は、ガス濃度検出センサの温度補正を行うという点にある。また、特許文献３〜７に共通する技術は、ガス濃度検出センサの光源の劣化を補正する点にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２７９２３号公報
【特許文献２】特開２００４−３０９３９１号公報
【特許文献３】特開２００８−２９８４５２号公報
【特許文献４】特開２００５−３３７８７３号公報
【特許文献５】特開平１０−５０９８００号公報
【特許文献６】特開平８−１２８９５６号公報
【特許文献７】特開昭６１−２２３６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、例えば、特許文献１−７などは、ガス濃度検出センサの温度補正を行うための温度検出部の配置場所については明確に記載していない。また、温度補正及び光源補正についても、改良の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明は、センサの温度補正を行うための温度検出部の適切な配置を開示し、又は、温度補正のより適切な方法を開示し、又は光源補正のより適切な方法を開示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のセンサは、発光部と受光部を有するハウジングと、温度検出部と、ハウジングからの信号を処理する信号処理部とを有し、平面視において、ハウジングの中心から温度検出部の中心までの距離は、ハウジングの中心から信号処理部の中心までの距離よりも短いことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のセンサは、発光部と受光部を有するハウジングと、温度検出部と、ハウジングからの信号を処理する信号処理部と、第１の補正部とを有し、温度検出部で計測した第１の温度が第１の補正部に入力され、第１の補正部は、第１の温度と基準温度との差分から算出される差分出力を用いて、ハウジングからの出力信号を補正することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のセンサは、発光部と受光部を有するハウジングと、温度検出部と、ハウジングからの信号を処理する信号処理部と、第２の補正部とを有し、ハウジング内部には検出対象のガスを格納する内部空間を有し、発光部からの光が内部空間を介して受光部に届くように構成され、受光部は第１の受光部と第２の受光部から構成され、第１の受光部はガスを吸収する波長の光を検出し、第２の受光部はガスを吸収しない波長の光を検出し、第２の補正部は、第２の受光部から出力される出力電圧と基準電圧の差分から発光部の電圧を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のセンサによれば、センサの温度補正又は光源補正を精度よく実施することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサの上面図及び断面図
【図２】本発明の実施形態に係るセンサの上面図の変形例を示す図
【図３】（ａ）図２（ｄ）のＡ−Ａ’断面図、（ｂ）図２（ｅ）のＡ−Ａ’断面図
【図４】本発明の実施形態に係るセンサの信号処理の流れを説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係るセンサについて、図１〜図４を参照して説明する。図１〜図４において、同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略することがある。また、図１〜図４は好ましい形態の一例を示すものであり、それぞれの形状に限定されるわけではない。また、矛盾の無い範囲でそれぞれの図面が示す特徴を組み合わせることも可能である。
【００１２】
＜実施形態＞
＜ハウジング、温度検出部、信号処理部の配置関係＞
図１を用いて、本発明の実施形態に係るセンサが有するハウジング、温度検出部、信号処理部の配置関係について説明する。
【００１３】
図１（ａ）はセンサ１の上面図を表し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図を表し、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ’断面図を表す。
【００１４】
図１（ａ）〜図１（ｃ）に示すように、本発明の実施形態に係るセンサ１は、発光部２と受光部３を有するハウジング４と、温度検出部５と、ハウジング４からの信号を処理する信号処理部６とを有している。そして、平面視において、ハウジング４の中心から温度検出部５の中心までの距離は、ハウジング４の中心から信号処理部６の中心までの距離よりも短いことが好ましい。図１（ａ）に示すように、距離Ｂが距離Ａよりも短くなる程度の範囲で温度検出部５をハウジング４近傍に配置することにより、ハウジング４の温度をより正確に計測することが可能となる。なお、図１（ａ）に示すように、ハウジング４、温度検出部５、信号処理部６は、第１の基板７上に搭載されることとなる（温度検出部５と信号処理部６は上面からは見ることができず、下面から見ることができることを示すために、破線を使用している）。
【００１５】
次に、ハウジング、温度検出部、信号処理部の配置関係の変形例について、図２、図３を用いて説明する。図２（ａ）〜図２（ｅ）は、図１（ａ）に示したハウジング４、温度検出部５、信号処理部６の平面配置関係の変形例である。なお、図３（ａ）は図２（ｄ）のＡ−Ａ’断面図を示し、図３（ｂ）は図２（ｅ）のＡ−Ａ’断面図を示している。
【００１６】
ここで、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、平面視において、ハウジング４の中心から温度検出部５の中心までの距離（距離Ｂ）は、温度検出部５の中心から信号処理部６の中心までの距離（距離Ｃ）よりも短くても構わない。該構成により、温度検出部５はより確実にハウジング４の温度を検出することが可能となる。ただし、図１（ａ）に示すように、ハウジング４の中心から温度検出部５の中心までの距離（距離Ｂ）が、温度検出部５の中心から信号処理部６の中心までの距離（距離Ｃ）よりも長くても構わない。第１の基板７上には他にも複数の電子部品が配置されている（図示せず）ので、これらとの関係も考えてハウジング４、温度検出部５、信号処理部６を配置することが必要だからである。
【００１７】
また、図１（ａ）、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｄ）、図３（ａ）に示すように、ハウジング４は第１の基板７の表面上に配置され、温度検出部５が第１の基板７の裏面上に配置されていても構わない。また、信号処理部６が第１の基板７の裏面上に配置されていても構わない。しかし、これらの配置に限定されることはない。例えば、図２（ｃ）、図２（ｅ）、図３（ｂ）に示すように、温度検出部５はハウジング４の表面上（より具体的には、ハウジング４を構成する第２の基板８の表面上）に搭載されていても構わない。また、図示しないが、信号処理部６が第１の基板７の表面上に配置されていても構わない。
【００１８】
また、図２（ｂ）、図２（ｃ）、図２（ｅ）、図３（ｂ）に示すように、温度検出部５とハウジング４は、平面視において重なるように配置されていても構わない。該構成により、温度検出部５とハウジング４の距離を近づけることができ、より確実にハウジング４の温度を検出することが可能となる。
【００１９】
また、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、信号処理部６とハウジング４は、平面視において重なるように配置されていても構わない。センサ１全体の小型化を考えた場合、距離Ｂが距離Ａよりも短くなる程度の範囲で、信号処理部６をできるだけハウジング４に近づけることが必要だからである。なお、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図３（ａ）、図３（ｂ）のような小型のセンサ１を他基板に搭載する場合等には、他基板などと第１の基板７との間の隙間に樹脂などの埋め込み材料を介在させることが考えられる。その場合、信号処理部６は該埋め込み材料によって完全に覆われることとなる。また、温度検出部５が第１の基板７の裏面側にある場合には、同様に、温度検出部５は該埋め込み材料によって完全に覆われることとなる。
【００２０】
また、第１の基板７としては回路基板などが考えられる。
【００２１】
＜ハウジングの構成＞
次に、ハウジング４の構成について、より具体的に説明する。図１（ｂ）に示すように、ハウジング４は、第２の基板８とカバー９から構成され、ハウジング４内には検出対象のガスを格納する内部空間１０と発光部２と受光部３と受光部３の出力を処理する信号処理回路１１が主に格納されている。また、内部空間１０は通気口１２を介して外部と連結しており、発光部２、受光部３、信号処理回路１１からは隔離されていることが好ましい。内部空間１０に入った検出対象のガスが発光部２、受光部３、信号処理回路１１に直接触れることにより、発光部２、受光部３、信号処理回路１１が汚染される可能性があるからである。ここで、受光部３はガスを吸収する波長の光を検出する第１の受光部とガスを吸収しない波長の光を検出する第２の受光部とから構成されることが好ましい。図１（ｂ）の光路Ｄが示すように、発光部２から放出された赤外線などの光はカバー９内壁によって反射され、受光部３に届く構成となっている。発光部２から放出された光が内部空間１０中に存在する気体に吸収されることで受光部３の受光量が減少し、受光量に応じた受光部３の出力信号が信号処理回路１１で信号処理されることにより、ハウジング４外部を流れる検出対象の気体の濃度を検出できる。
【００２２】
上記のように、気体の濃度を計測可能なハウジング４の具体的構成を説明したが、ハウジング４は上記に限定されることはない。ハウジング４の温度を計測する必要があれば、他の機能を備えていても構わない。
【００２３】
＜信号処理＞
図４は、本発明の実施形態に係るセンサの信号処理の流れを説明する図である。図４では、気体の濃度を計測可能なハウジングを例に取って、センサ１における信号処理の流れを説明することにする。
【００２４】
図４に示すように、検出対象の気体が格納された内部空間１０を通過して、発光部２から放出された赤外線などの光は第１の受光部１３と第２の受光部１４に到達する。ここで、第１の受光部１３はガスを吸収する波長の光を検出し、第２の受光部１４はガスを吸収しない波長の光を検出する。なお、ガスを吸収する波長の光のみを透過する第１の光学フィルタ２２を介して該光は第１の受光部に到達し、ガスを吸収しない波長の光のみを透過する第２の光学フィルタ２３を介して該光は第２の受光部に到達する。そして、第１の受光部１３からの出力信号は、Ｉ−Ｖ変換部１５、増幅変換部１６を経て、差動増幅回路１７に入力される。一方、第２の受光部１４からの出力信号は、Ｉ−Ｖ変換部１５、増幅変換部１６を経て、差動増幅回路１７及び光源電圧制御部１８に入力される。
【００２５】
また、図４に示すように、差動増幅回路１７は、第１の受光部１３からの出力信号と第２の受光部１４からの出力信号の差分である差分信号を出力する。そして、差分信号はアナログデジタル変換部１９を経て、検出対象のガス濃度という形で、出力表示部２０に出力されることになる。
【００２６】
ここで、本発明の実施形態に係るセンサは、差動増幅回路からの差分信号を補正する第１の補正部を有することが好ましい。図４に示すように、差動増幅回路１７からの出力信号は、第１の補正部の一部として機能するデジタル補正部２１に入力され、補正された後に出力表示部２０に出力されている。図４に示すように、温度検出部５で計測した第１の温度がデジタル補正部２１に入力され、第１の補正部の一部として機能するデジタル補正部２１は、第１の温度と基準温度との差分から算出される差分出力を用いて、ハウジング４からの出力信号を補正することが可能である。該構成により、センサの温度変化により、出力信号にばらつきが生じるのを防ぐことが出来、ガス濃度の検出の精度を高めることが可能となる。
【００２７】
また、本発明の実施形態に係るセンサは、第２の受光部から出力される出力電圧と基準電圧の差分から発光部の電圧を補正する第２の補正部を有することが好ましい。図４に示すように、第２の受光部１４からの出力信号は第２の補正部の一部として機能する光源電圧制御部１８にも出力される。第２の補正部の一部として機能する光源電圧制御部１８は第２の受光部１４から出力される出力電圧と基準電圧の差分から発光部の電圧を補正することが可能である。該構成により、時間の経過とともに発光部の電圧振幅の絶対値が小さくなることを防ぐことができ、ガス濃度の検出の精度を高めることが可能となる。なお、図４に示すように、発光部２の電圧を補正するには、取り込みタイミング制御部２４とドライブパルス部２５が光源電圧制御部１８と相互に連携していても構わない。
【００２８】
また、図４に示すように、第１の補正部の一部として機能するデジタル補正部２１と第２の補正部の一部として機能する光源電圧制御部１８は、一つの信号処理部６内に組み込まれていても構わない。該構成により、センサ全体の小型化に寄与することになる。ただし、デジタル補正部２１と光源電圧制御部１８が別々の信号処理部内にそれぞれ組み込まれていても構わない。
【００２９】
＜その他＞
前述したように、図１〜図４についての技術的特長を矛盾の無い範囲で組み合わせることも可能である。例えば、図２（ｅ）においては、平面視において、ハウジング４の中心から温度検出部５の中心までの距離が、温度検出部５の中心から信号処理部６の中心までの距離よりも短い特徴を示している。しかし、ハウジング４の中心から温度検出部５の中心までの距離が、温度検出部５の中心から信号処理部６の中心までの距離よりも長くなるように、温度検出部５を配置することは可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
センサの温度補正又は光源補正を精度よく実施することが可能なハウジングを有するセンサを提供することが可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  センサ
２  発光部
３  受光部
４  ハウジング
５  温度検出部
６  信号処理部
７  第１の基板
８  第２の基板
９  カバー
１０  内部空間
１１  信号処理回路
１２  通気口
１３  第１の受光部
１４  第２の受光部
１５  Ｉ−Ｖ変換部
１６  増幅変換部
１７  差動増幅回路
１８  光源電圧制御部
１９  アナログデジタル変換部
２０  出力表示部
２１  デジタル補正部
２２  第１の光学フィルタ
２３  第２の光学フィルタ
２４  取り込みタイミング制御部
２５  ドライブパルス部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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