(57)【要約】      （修正有）【課題】インテリジェントガス識別システムおよびその方法を改良したパルス型ガス濃度測定システムおよびその方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つの成分を含む特定ガスを有する環境中に配置され、検出素子を備えるセンサー、パルス電源モジュール、前記センサーに接続される処理装置からなり、前記パルス電源モジュールが可変パルス変調電圧を前記センサーに送り、前記センサーが第１信号を前記処理装置に出力し、前記処理装置は前記第１信号に基づいて検出電圧を決定し、かつ前記第１信号を前記化学物質特性信号と比較して、前記ガスの成分および／または各成分の濃度を決定し、前記パルス電源モジュールが、前記センサーに前記検出電圧の方形波パルスを送り、前記センサーが第２信号を前記処理装置に出力し、前記処理装置は、前記第２信号と前記化学物質特性信号とを比較して、前記ガスの各成分の濃度を決定するパルス型ガス濃度測定のシステム。【選択図】図５
2005077406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの成分を含む特定ガスを有する環境中に配置され、電圧入力端子、電圧出力端子および検出素子を備えるセンサー、
前記電圧入力端子に接続されるパルス電源モジュール、ならびに
複数の化学物質特徴信号を保存し、前記センサーの前記出力端子に接続される処理装置
からなるパルス型ガス濃度測定のシステムであって、
前記パルス電源モジュールが、前記電圧入力端子を通じて可変パルス変調電圧を前記センサーに送り、前記センサーが、前記出力端子を通じて第１信号を前記処理装置に出力し、
前記処理装置は、前記第１信号に基づいて検出電圧を決定し、かつ前記第１信号を前記化学物質特性信号と比較して、前記ガスの成分および／または各成分の濃度を決定し、
前記パルス電源モジュールが、前記電圧入力端子を通じて、前記センサーに前記検出電圧の方形波パルスを送り、前記センサーが前記出力端子を通じて、第２信号を前記処理装置に出力し、
前記処理装置は、前記第２信号と前記化学物質特性信号とを比較して、前記ガスの各成分の濃度を決定するパルス型ガス濃度測定のシステム。
【請求項２】
前記検出電圧が、前記第１信号の最大出力時の電圧より大きい電圧である請求項１記載のパルス型ガス濃度測定のシステム。
【請求項３】
前記検出素子が、金属酸化物の薄膜である請求項１または２記載のパルス型ガス濃度測定のシステム。
【請求項４】
前記金属酸化物が、二酸化スズ（ＳｎＯ2）である請求項３記載のパルス型ガス濃度測定のシステム。
【請求項５】
少なくとも１つの成分を含む特定環境中に、センサーを配置する工程、
可変パルスを前記センサーに送り、前記センサーが前記特定環境中のガスに対応する第１信号を出力する工程、
前記第１信号を複数の化学物質特性信号と比較し、前記ガスの第１識別結果を決定する工程、
前記第１信号に基づいて、前記ガスに対応する検出電圧を決定する工程、
前記センサーに前記検出電圧に対応する方形波パルスを送り、前記センサーが前記ガスに対応する第２信号を出力する工程、および
前記第２信号を複数の化学物質特性信号と比較し、前記ガスの第２識別結果を決定する工程、
からなるパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項６】
前記第１識別結果および第２識別結果が、前記ガスの各構成成分の濃度である請求項５記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項７】
前記化学物質特性信号が、
既知の化学物質中に配置されたセンサーに、可変パルスを送ることで得られた出力信号である請求項５または６記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項８】
前記可変パルスが、パルス変調電圧である請求項５、６または７記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項９】
前記第１信号が、パルス電圧信号からなる信号である請求項５、６、７または８記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項１０】
前記第１信号に基づいて、前記ガスに対応する検出電圧を決定する前記工程が、
前記第１信号の最大出力時の電圧を決定する工程、および
前記最大出力時の電圧より大きい検出電圧を決定する工程からなる請求項５、６、７、８または９記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの成分を含む特定環境中に、センサーを配置する工程、
可変パルスを前記センサーに送り、前記センサーが前記特定環境中の複数のガスに対応する第１信号を出力する工程、
前記第１信号を複数の化学物質特性信号と比較し、前記ガスの第１識別結果を決定する工程、
前記第１信号に基づいて、前記ガスの１つに対応する検出電圧を決定する工程、
前記センサーに前記検出電圧に対応する少なくとも１つの方形波パルスを送り、前記センサーが前記ガスに対応する少なくとも１つの第２信号を出力する工程、および
前記第２信号を複数の化学物質特性信号と比較し、前記ガスの第２識別結果を決定する工程、
からなるパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項１２】
前記第１識別結果が、前記ガスの成分である請求項１１記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項１３】
前記第２識別結果が、前記ガスの各構成成分の濃度である請求項１１または１２記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項１４】
前記化学物質特性信号が、
既知の化学物質中に配置されたセンサーに、可変パルスを送ることで得られた出力信号である請求項１１、１２または１３記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項１５】
前記可変パルスが、パルス変調電圧である請求項１１、１２、１３または１４記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項１６】
前記第１信号が、パルス電圧信号からなる信号である請求項１１、１２、１３、１４または１５記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【請求項１７】
前記第１信号に基づいて、前記ガスに対応する少なくとも１つの検出電圧を決定する前記工程が、
前記第１信号の少なくとも１つの最大出力時の電圧を決定する工程、および
前記最大出力時の電圧より大きい検出電圧を決定する工程からなる請求項１１、１２、１３、１４、１５または１６記載のパルス型ガス濃度測定の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス型ガス濃度測定システムと、特定環境中での揮発性化学物質のパルス型ガス濃度測定の方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガス濃度センサーは、特定ガスの濃度を得るために用いられていた。従来のガス濃度センサー５００を図１ａと図１ｂにより詳細に説明する。
【０００３】
図１ａに示されるように、従来のガス濃度センサー５００は、本体５１０、電圧入力端子５２０、出力端子５３０からなる。図１ｂに示されるように、本体５１０は、基板５１２、電極５１４、検出素子５１６および加熱器５１８を備えている。一般的に、検出素子５１６は、たとえば、二酸化スズ（ＳｎＯ2）の薄膜などの金属酸化物の薄膜であり、ガス濃度センサー５００の周囲に存在する特定ガスと反応する。
【０００４】
特定の環境下で、従来のガス濃度センサー５００を用いてガス濃度測定をする際、電圧入力端子５２０により、固定電圧がセンサー５００に入力される。この入力された固定電圧により、加熱器５１８が作動し、検出素子５１６の薄膜が４００℃などの既定の温度まで加熱される。所定の温度まで加熱された検出素子５１６の薄膜は、特定環境に存在する特定ガスと反応し、この反応により、検出素子５１６の抵抗が変化する。その後、検出素子５１６の抵抗によって決定された出力電圧は、出力端子５３０により、出力信号として送られる。
【０００５】
特定環境中の特定ガス濃度が、前記薄膜との反応に影響することは明らかであり、特定ガス濃度と検出素子５１６の抵抗との関係は、ガス濃度センサー５００を使用して実験によって決定することができる。
【０００６】
図２ａは、従来のガス濃度センサー５００によるガス濃度測定の一例を示す図であり、曲線Ｌ１およびＬ２は、異なる濃度の特定ガスの出力結果を示している。固定電圧が、電圧入力端子５２０を通じてセンサー５００に入力されて、加熱器５１８を作動させ、検出素子５１６の薄膜を４００℃まで加熱させる。曲線Ｌ１およびＬ２のいずれの場合も、４００℃に加熱された検出素子５１６の薄膜が特定ガスと反応することにより、検出素子５１６の抵抗が変化し、曲線Ｌ１ではＡ点、曲線Ｌ２ではＢ点によって示されるような、出力電圧を生じる。ただし、この場合の加熱温度は、ガス濃度センサーの応答が明瞭であり、その出力電圧が大きくなるような温度に設定される。例えば、図２ａに示されたように、この場合のガス濃度センサーの出力が大きくなる最適温度は、約４００℃である。
【０００７】
従来のガス濃度センサー５００は薄膜型構造を備え、比較的低いコストである。さらに、従来のガス濃度センサー５００は、ガスに反応して短時間で測定でき、長期間、効果的に用いることができる。その結果、ガス濃度センサーは、様々な場所に幅広く用いられる。例えば、従来のガス濃度センサーが使用されているガス濃度測定装置は、加熱制御回路を用いて、パルス変調（ｐｕｌｓｅ−Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ，ＰＭ）信号により、繰り返しセンサーの加熱器に電力を供給する。この場合、装置は、ガス濃度信号に含まれるエラーを修正し、信号を調整し、ガス濃度センサーの出力信号を大きくする（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
しかし、従来のガス濃度センサー５００は、各種ガス存在下で、それぞれ異なるガスの濃度を測定することができるが、一度に検出できるのは、１種類のガス成分のみであり、２種以上のガスを同時に検出することができなかった。つまり、ガス濃度センサー５００の薄膜は、複数のガスに反応する可能性があり、特定環境の中に１つ以上のガスがある場合、従来のガス濃度センサー５００では各ガスを識別することができず、ガス濃度を正確に決定することができない。さらに、特定環境の中のガスの組成が不明であるとき、従来のガス濃度センサー５００は、ガスの成分を確定することができない。
【０００９】
従来のガス濃度測定では、固定電圧がセンサーに入力されて、加熱器を駆動させる。検出素子５１６の薄膜が加熱されて、特定の環境において測定される特定のガスに対する反応が生じることにより、検出素子５１６の抵抗は変化する。このようにして、出力信号が得られる。固定電圧は、通常、検出素子の薄膜が最大の出力信号を示す最適温度になるまで加熱されるように設定される。しかし、センサーに入力される電圧が変わった場合、検出素子５１６の加熱温度も変化するため、出力信号もまた変わってしまう。
【００１０】
図２ｂは、センサーにより測定された複数のガスに対応する出力信号を示す図である。ガスは、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）、エタノール（Ｃ2Ｈ5ＯＨ）、メタン（ＣＨ4）とブタンガス（Ｃ4Ｈ10）を含み、各ガスの濃度は、０．１％に維持されている。使用したセンサーは、前記の従来のガス濃度センサーである。ただし、図２ｂの曲線は、ガスの出力信号が、薄膜温度（つまり、センサに入力された電圧）に対応して変化することを示し、これらの各出力信号は個別にその物質特有の信号として認識される。よって、各々のガスの出力信号は、ガス識別におけるガスの化学物質特性信号として用いることができる。
【００１１】
図２ｂのガス識別方法を図２ａで示されたガス濃度測定と比較しながらさらに説明する。図２ａでは、ガス濃度センサー５００の出力信号は、例えば好適な温度といった固定薄膜温度（センサー５００に入力された固定電圧による）に関係した点である。しかし、図２ｂに示されるように、センサーの出力信号は、薄膜温度に依存するものであるため、ある温度範囲の出力信号からなる化学物質特性信号によって、ガスを識別するインテリジェントガス識別システムとその方法を提出した（例えば、特許文献２参照）。
【００１２】
インテリジェントガス識別システムとその方法では、パルス変調（ＰＭ）信号を、従来のガス濃度センサーへの入力電圧として用いることで、出力信号が異なる各種ガスに対応することができる。このように、化学物質特性信号のデータベースは実験によって決定することができ、これらのデータからガスの成分と濃度を決定することができる。
【００１３】
特に、図２ｂで示したガス識別方法の活用方法について、図３ａ、ｂを参照してさらに説明することができる。（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
図３ａは、インテリジェントガス識別システムを示している。インテリジェントガス識別システムは、特定環境の中でガス識別（または、揮発性化学物質識別）を行うために用いられ、センサー１０、パルス電源モジュール２０、および処理装置３０からなる。
【００１５】
センサー１０は、図１ａで示された従来のガス濃度センサー５００であり、少なくとも１つの電圧入力端子、少なくとも１つの出力端子、および１つの検出素子（即ち、本体５１０）を有する。検出素子は、二酸化スズ（ＳｎＯ2）薄膜といった金属酸化物の薄膜であり、センサー１０の周りにある特定ガスと反応する。
【００１６】
パルス電源モジュール２０は、センサー１０の電圧入力端子に接続され、センサー１０に可変パルス変調電圧を送ることで、センサー１０は出力端子により、出力信号を送る。
【００１７】
処理装置３０は、パターン認識モジュールと複数の化学物質特性信号を保存するデータベースのコンピュータよりなることができる。パターン認識モジュールは、例えば、図形認識ソフトであることができる。さらに、処理装置３０は、センサー１０の出力端子から出力信号を受ける。
【００１８】
インテリジェントガス識別システムでは、センサー１０を特定環境の中に配置し、ガス識別を行う。パルス電源モジュール２０は、電圧入力端子を通してセンサー１０に可変パルス変調電圧を送ることで、検出素子５１６の薄膜は繰返し加熱され、各加熱プロセス毎に可変パルス変調電圧により薄膜温度が変化する。よって、薄膜は異なる温度において、特定環境中のガスと反応し、センサー１０は可変パルス変調信号といった出力信号を処理装置３０に送る。次に、処理装置３０は出力信号と化学物質特性信号を比較し、ガスの成分またはガスの各成分の濃度といったガスの識別結果を確定する。
【００１９】
図３ｂのフローチャートを参照にガス識別方法（例えば、特許文献２参照）を説明する。図３ｂでは、特定環境中に識別されるガスＧがあり、ガスＧと比較するために、２つの既知の化学物質ＸとＹがある場合である。つまり、この場合のガス識別は、ガスＧが、化学物質ＸまたはＹと正確に一致するかどうかを確定するために行われる。
【００２０】
ガス識別は、前記のセンサー１０が準備され（ステップＳ１０）、２種類の既知の化学物質ＸとＹ中にそれぞれ配置される（ステップＳ２０）。次に、可変パルス変調電圧が、それぞれのセンサー１０に供給され、センサー１０が既知の化学物質ＸとＹに対応する化学物質特性信号ＳＸ、ＳＹを出力する（ステップＳ３０）。化学物質特性信号ＳＸとＳＹは次に、さらなるガスＧの識別のために、データベースに保存させる（ステップＳ４０）ことができる。
【００２１】
センサー１０は、次にガスＧを有するの特定環境中に配置される（ステップＳ５０）。センサー１０に、可変パルス変調電圧が供給され、センサーが特定環境中のガスＧに対する出力信号ＳＧを出力する。よって処理装置３０は出力信号ＳＧを受信し、出力信号ＳＧと化学物質特性信号ＳＸ、ＳＹと比較し、ガスＧの識別結果を決定する（ステップＳ７０）。
【００２２】
インテリジェントガス識別システムとその方法は、識別されるガスＧの組成や濃度が不明の時に、特定環境の中で活用することもできる。例えば、インテリジェントガス識別システムは、半開放空間に適しており、ガスＧの成分が変化する。
【００２３】
しかし、多くの場合は、特定環境が密閉環境であり、ガスＧが固定成分を有している環境、または、ガスＧの成分が既に知られているような環境である。例えば、実験室または半導体工場では、化学反応または製造プロセスからある種のガスを発生することが予測できる。よって、実験室または半導体工場のガスの成分には、ガスの成分が固定できる。ただし、前記インテリジェントガス識別システムとその方法は複雑であるため、出力信号ＳＧを受信する前記プロセスと、出力信号と化学物質特性信号ＳＸとＳＹの比較は、ガスＧの成分を確定または確認するために一度しか行うことができない。今後、さらに、インテリジェントガス識別システムとその方法を簡易化する必要がある。
【００２４】
また、センサー１０の検出感度は、温度または気流率といった環境要因によって強く影響される可能性があり、その中でも温度は最も重要な要素である。したがって、低温環境下では、出力電圧と入力電圧間の関係が撹乱してしまい、不正確なガス識別をもたらす結果となる。
【００２５】
【特許文献１】米国特許６,３３６,３５４号明細書
【特許文献２】台湾特許５３１１３９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
よって、本発明は、前記インテリジェントガス識別システムおよびその方法に基づいて改良したパルス型ガス濃度測定のシステムおよびその方法を提供することを目的とする。パルス型ガス濃度測定のシステムおよびその方法が、固定された、または既知のガス成分のある特定環境を識別するために用いられる場合、検出プロセスは簡易化され、センサーの電力消費は減少される。
【００２７】
本発明のもう１つの課題は、パルス型ガス濃度測定のシステムおよびその方法を提供し、温度といった環境要素の影響をセンサーの入力電圧制御によって減少する。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
すなわち、本発明は、少なくとも１つの成分を含む特定ガスを有する環境中に配置され、電圧入力端子、電圧出力端子および検出素子を備えるセンサー、前記電圧入力端子に接続されるパルス電源モジュール、ならびに複数の化学物質特徴信号を保存し、前記センサーの前記出力端子に接続される処理装置からなるパルス型ガス濃度測定のシステムであって、前記パルス電源モジュールが、前記電圧入力端子を通じて可変パルス変調電圧を前記センサーに送り、前記センサーが、前記出力端子を通じて第１信号を前記処理装置に出力し、前記処理装置は、前記第１信号に基づいて検出電圧を決定し、かつ前記第１信号を前記化学物質特性信号と比較して、前記ガスの成分および／または各成分の濃度を決定し、
前記パルス電源モジュールが、前記電圧入力端子を通じて、前記センサーに前記検出電圧の方形波パルスを送り、前記センサーが前記出力端子を通じて、第２信号を前記処理装置に出力し、前記処理装置は、前記第２信号と前記化学物質特性信号とを比較して、前記ガスの各成分の濃度を決定するパルス型ガス濃度測定のシステムに関する。
【００２９】
前記検出電圧が、前記第１信号の最大出力時の電圧より大きい電圧であることが好ましい。
【００３０】
前記検出素子が、金属酸化物の薄膜であることが好ましい。
【００３１】
前記金属酸化物が、二酸化スズ（ＳｎＯ2）であることが好ましい。
【００３２】
また、本発明は、少なくとも１つの成分を含む特定環境中に、センサーを配置する工程、可変パルスを前記センサーに送り、前記センサーが前記特定環境中のガスに対応する第１信号を出力する工程、前記第１信号を複数の化学物質特性信号と比較し、前記ガスの第１識別結果を決定する工程、前記第１信号に基づいて、前記ガスに対応する検出電圧を決定する工程、前記センサーに前記検出電圧に対応する方形波パルスを送り、前記センサーが前記ガスに対応する第２信号を出力する工程、および前記第２信号を複数の化学物質特性信号と比較し、前記ガスの第２識別結果を決定する工程、からなるパルス型ガス濃度測定の方法に関する。
【００３３】
前記第１識別結果および第２識別結果が、前記ガスの各構成成分の濃度であることが好ましい。
【００３４】
前記化学物質特性信号が、既知の化学物質中に配置されたセンサーに、可変パルスを送ることで得られた出力信号であることが好ましい。
【００３５】
前記可変パルスが、パルス変調電圧であることが好ましい。
【００３６】
前記第１信号が、パルス電圧信号からなる信号であることが好ましい。
【００３７】
前記第１信号に基づいて、前記ガスに対応する検出電圧を決定する前記工程が、前記第１信号の最大出力時の電圧を決定する工程、および前記最大出力時の電圧より大きい検出電圧を決定する工程からなることが好ましい。
【００３８】
さらに本発明は、少なくとも１つの成分を含む特定環境中に、センサーを配置する工程、可変パルスを前記センサーに送り、前記センサーが前記特定環境中の複数のガスに対応する第１信号を出力する工程、前記第１信号を複数の化学物質特性信号と比較し、前記ガスの第１識別結果を決定する工程、前記第１信号に基づいて、前記ガスの１つに対応する検出電圧を決定する工程、前記センサーに前記検出電圧に対応する少なくとも１つの方形波パルスを送り、前記センサーが前記ガスに対応する少なくとも１つの第２信号を出力する工程、および前記第２信号を複数の化学物質特性信号と比較し、前記ガスの第２識別結果を決定する工程からなるパルス型ガス濃度測定の方法に関する。
【００３９】
前記第１識別結果が、前記ガスの成分であることが好ましい。
【００４０】
前記第２識別結果が、前記ガスの各構成成分の濃度であることが好ましい。
【００４１】
前記化学物質特性信号が、既知の化学物質中に配置されたセンサーに、可変パルスを送ることで得られた出力信号であることが好ましい。
【００４２】
前記可変パルスが、パルス変調電圧であることが好ましい。
【００４３】
前記第１信号が、パルス電圧信号からなる信号であることが好ましい。
【００４４】
前記第１信号に基づいて、前記ガスに対応する少なくとも１つの検出電圧を決定する前記工程が、前記第１信号の少なくとも１つの最大出力時の電圧を決定する工程、および
前記最大出力時の電圧より大きい検出電圧を決定する工程からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００４５】
本発明により、従来の１つのガス濃度しか測定できないセンサーが、各種ガスを測定することができる。また、パルス信号を用いて入力および出力信号を作ることで、センサーの測定に安定度を増加させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照しながら、詳細に説明する。
【実施例】
【００４７】
従来のガス濃度測定では、固定電圧がセンサーに入力され、ガスの濃度に対応する出力信号を得ることができる。しかし、固定電圧は通常、センサーの薄膜を好適な温度に加熱するように設定される。そこで、上述のインテリジェントガス識別システムとその方法では、固定電圧に代えて、可変パルス変調電圧などのパルス変調（ＰＭ）信号を、従来のガス濃度センサーの入力電圧として用いることで、出力信号は各種異なるガスに対応することができるようになった。このシステムで使用される化学物質特性データベースは、実験によって得ることができ、ガスの成分またはガスの各成分の濃度を決定するために用いることができる。本発明は、上述のインテリジェントガス識別システムとその方法で示された方法をさらに改良した方法である。
【００４８】
本発明のパルス型ガス濃度測定の実施例を図５を参照に以下に説明する。本発明のパルス型ガス濃度測定システムは、特定環境中でガス濃度測定（または発揮性化学物質）を行うために用いられる。パルス型ガス濃度測定システムは、センサー１０、パルス電源モジュール２０、処理装置３０からなる。
【００４９】
センサー１０は、図１ａで示された従来のガス濃度センサー５００であり、少なくとも１つの電圧入力端子、少なくとも１つの出力端子、１つの検出素子（即ち、本体５１０）を有する。検出素子は、二酸化スズ（ＳｎＯ2）などの金属酸化物の薄膜からなり、センサー１０の周りにある特定ガスと反応する。これらの中でも、二酸化スズ（ＳｎＯ2）が好ましい。
【００５０】
パルス電源モジュール２０は、センサー１０の電圧入力端子に接続され、可変パルス変調電圧または方形波パルスの入力電圧をセンサー１０におくることで、センサー１０は、出力端子により、処理装置３０に出力信号をおくる。
【００５１】
処理装置３０は、パターン認識モジュールと複数の化学物質特性信号を保存するデータベースのコンピュータからなる。パターン認識モジュールは、例えば、図形認識ソフトなどである。さらに、処理装置３０はセンサー１０の出力端子から出力信号を受ける。
【００５２】
本発明のパルス型ガス濃度測定システムについて、図４ａ〜４ｃ、５を用いて、従来のインテリジェントガス識別システムと比較しながら説明する。
【００５３】
インテリジェントガス識別システムでは、センサー１０が特定環境の中に配置された後、パルス電源モジュール２０を用いて、図４ａに示されたような０〜６Ｖの範囲内の可変パルス変調電圧２１０を電圧入力端子によりセンサー１０に送る。送られた可変パルス変調電圧２１０により検出素子の薄膜は繰返し加熱される。薄膜の温度は、可変パルス変調電圧により変化する。よって、異なる温度で薄膜とガスが反応し、センサー１０は、可変パルス変調信号といった第１信号２３０を出力信号として処理装置３０に出力する。
【００５４】
次に、処理装置３０は、第１信号２３０を化学物質特性信号と比較する。化学物質特性信号は図２ｂに示されたような複数の信号に対応し、例えば、図４ｂに示した２０００ｐｐｍの濃度のメタンガスに対応する化学物質特性信号の比較をし、ガスの成分またはガスの各成分の濃度といったガスの第１識別結果を決定する。特定環境のガスが少なくとも二つの構成を有す可能性があることから、構成は化学物質特性信号と比較した第１識別結果から見分けることができる。
【００５５】
前記工程は、インテリジェントガス識別システムと本発明のパルス型濃度測定システムと共通する部分である。本発明では、処理装置３０は、第１識別結果を決定すると同時に、第１信号に基づいて検出電圧を決定する。この工程は、本発明に特有のものであり、従来のインテリジェントガス識別システムにはないものである。具体的には、処理装置３０は、第１信号の最大出力時の電圧（以下、理想電圧という）を可変パルス変調電圧から決定する。理想電圧が決定されたら、その理想電圧より大きい電圧である検出電圧を決定することができる。
【００５６】
さらに、具体的に図を用いて説明する。例えば、特定環境中のガスが純粋のメタンの時、理想電圧は、図４ｂと図４ａに基づいて５.８Ｖであることがわかる。したがって、第１検出電圧は、理想電圧より大きい６Ｖと決定することができる。検出電圧は、理想電圧より、大きい電圧であれば良いが、理想電圧より０.１Ｖ以上大きい電圧であることが好ましく、０.２Ｖ以上大きい電圧であることがより好ましい。逆に特定環境中のガスが純粋の水素の場合は、理想電圧は図４ａと図４ｃに基づいて４.８Ｖであることがわかる。したがって、第２検出電圧は５Ｖに決定することができる。ただし、特定環境中のガスが、メタンガスと水素の混合ガスである場合、第１信号から、５.８Ｖと４.８Ｖの２つの理想電圧が決まり、さらに、その理想電圧より、６Ｖと５Ｖの２つの検出電圧が決定される。このように、ガスが複数のガスからなる混合ガスである場合は、１つ以上の検出電圧が得られる。
【００５７】
検出電圧が決定されると、パルス電源モジュール２０は、次に図６ａに示されたような２つの検出電圧の方形波パルスを電圧入力端子を通じてセンサー１０に送る。方形波パルスを受信したセンサー１０は、処理装置３０に、図６ｂに示されるような第２信号Ａを出力端子により、処理装置３０に出力し、処理装置３０は、第２信号と化学物質特性信号を比較し、ガスの各成分の濃度といったガス濃度の結果としてのガスガスの第２識別の結果を決定する。
【００５８】
また、検出電圧が複数存在する場合は、前記第２信号Ａが得られた後、第２の検出電圧の方形波パルスを電圧入力端子を通じてセンサー１０に送り、方形波パルスを受信したセンサー１０により、第２信号Ｂを得ることができる。
【００５９】
ここで注意すべき点は、検出電圧は、必ず理想電圧より大きい電圧として決定されなければいけない点である。この理由を、以下に図２を用いて説明する。
【００６０】
理想電圧は、第１信号の最大出力時の電圧に対応する。理想的には、理想電圧が、センサー１０の入力電圧として送られた場合、センサー１０の出力信号は、図２のＡ点またはＢ点といった最大出力電圧に達する。しかし、実際は、センサー１０の薄膜温度は、周囲の環境要因に影響され、例えば周囲の温度が低温である場合、理想電圧に対応する理想温度よりも低くなる。したがって、本発明においては、検出電圧を理想電圧よりも大きい電圧とする。
【００６１】
本発明においては、検出電圧を制御することで、上述のような薄膜温度の低下を防ぎ、常に薄膜温度を理想電圧に対応する理想温度に維持することができる。よって、検出電圧の制御により、環境要因の影響は減少され、センサー１０の検出感度と識別能力が向上する。
【００６２】
本発明のパルス型ガス濃度測定の方法を、図７のフローチャートを用いてさらに説明する。複数の化学物質特性信号は、前記同様、図３ｂのステップＳ１０〜Ｓ４０に基づいて得られる。
【００６３】
次に、センサー１０は、ガスＧを有する特定環境中に配置される（ステップＳ５０）。センサー１０に、可変パルス変調電圧といった可変パルスが供給されることで、センサーは特定環境のガスＧに対応する第１信号ＳＧ１を出力する（ステップＳ１６０）。処理装置３０は、第１信号ＳＧ１を受信し、第１信号ＳＧ１と化学物質特性信号を比較し、ガスＧの第１識別の結果を決定する（ステップＳ１７０）。ガスＧが純粋の物質の場合は、第１識別の結果はガスの濃度であり、ガスＧが混合ガスである場合は、第１識別の結果は、ガスの成分とガスの各成分の濃度である。
【００６４】
次に、処理装置３０は、第１信号ＳＧ１に基づいて検出電圧を決定する。特に、処理装置３０は、可変パルス変調電圧より、第１信号ＳＧ１の最大電圧に対応する理想電圧を決定し（ステップＳ１８０）、理想電圧より大きい電圧として検出電圧を決定する（ステップＳ１８５）。
【００６５】
次に、パルス電源モジュール２０は、電圧入力端子を通してセンサー１０に検出電圧の方形波パルス（例えば、図６ａでの５Ｖの方形波パルス）送ることで、センサー１０は、出力端子を通して処理装置３０にガスＧの第２信号ＳＧ２（例えば、図６ｂのパルス）を出力する（ステップＳ１９０）。よって、処理装置３０は、第２信号ＳＧ２と化学物質特性信号を比較し、ガスの各成分の濃度といったガスＧの第２識別の結果を決定する（ステップＳ２００）。
【００６６】
言及しなければならないのは、可変パルス変調電圧をセンサー１０に送り、第１信号を得るためのプロセスを行うために、パルス変調電圧の各パルスは、３〜５秒といった特定時間維持されることができ、検出素子の薄膜温度が安定した温度に達することを確保する。しかし、１秒または数百ミリ秒といった短い期間でも可能である。
【００６７】
さらに、方形波パルスの各パルスは、環境要素に基づいて３〜５秒、あるいは１秒または数百ミリ秒の時間維持される。しかし、センサー１０の検出素子の温度変化による誤差を減少するために、方形波パルスの各パルスの間に間隔Ｔｄが必要である（図６ａ）。このような本発明のシステムと方法は、操作中の正確さと安定性を有する。
【００６８】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１ａ】従来のガス濃度センサー５００の概略図である。
【図１ｂ】従来のガス濃度センサーの本体５１０の概略図である。
【図２ａ】従来のガス濃度センサーによって出力する各種濃度の特定ガスに対応する出力信号を示すグラフである。
【図２ｂ】従来のガス濃度センサーによって出力する各種のガスに対応する出力信号を示すグラフである。
【図３ａ】従来のインテリジェントガス識別システムの概略図である。
【図３ｂ】ガス識別の従来の方法を示すフローチャートである。
【図４ａ】本発明の実施例で可変のパルス変調の電圧を示すグラフである。
【図４ｂ】２０００ｐｐｍのメタンの化学物質特性信号を示すグラフである。
【図４ｃ】２０００ｐｐｍの水素の化学物質特性信号を示すグラフである。
【図５】本発明のパルス型ガス濃度測量システムを示す概略図である。
【図６ａ】方形波パルスを示すグラフである。
【図６ｂ】図６ａに対応するパルス電圧（第２信号）を示すグラフである。
【図７】本発明のパルス型ガス濃度測量の方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１０  センサー
２０  パルス電源モジュール
３０  処理装置
５００  ガス濃度センサー
５１０  本体
５２０  電圧入力端子
５３０  出力端子
５１２  基板
５１４  電極
５１６  検出素子
５１８  加熱器
Ｌ１、Ｌ２  出力曲線
【図１ａ】
2005077406.tif 000003
【図１ｂ】
2005077406.tif 000004
【図２ａ】
2005077406.tif 000005
【図２ｂ】
2005077406.tif 000006
【図３ａ】
2005077406.tif 000007
【図３ｂ】
2005077406.tif 000008
【図４ａ】
2005077406.tif 000009
【図４ｂ】
2005077406.tif 000010
【図４ｃ】
2005077406.tif 000011
【図５】
2005077406.tif 000012
【図６ａ】
2005077406.tif 000013
【図６ｂ】
2005077406.tif 000014
【図７】
2005077406.tif 000015