(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
感ガス体と該感ガス体を加熱するヒータとを有し、感ガス体の抵抗値変化をセンサ出力とする半導体ガス検知素子を用い、上記ヒータヘの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定し、被検知ガスに応じて低温期間若しくは高温期間の感ガス体の抵抗値変化を検知し、該抵抗値変化に基づいてガス成分を検知する半導体ガス検知素子によるガス検知方法において、抵抗値変化を検知する開始時点から当該期間中に予め決められた所定時間間隔でセンサ出力を複数サンプリングし、各サンプリングタイミング毎に検出した感ガス体の抵抗値と、当該サンプリングタイミングに対応して設定される基準値との差を求めるとともに、その差の値と被検知ガスに応じて設定している判定値とを比較して、所定濃度以上の被検知ガスの有無を判定することを特徴とする半導体ガス検知素子によるガス検知方法。
【請求項２】
各サンプリングタイミングで設定される基準値の更新を、上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間が所定数経過する毎に行うとともに、更新基準値は更新する直前の上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間において、各サンプリングタイミングで測定した感ガス体の抵抗値と現在の基準値との差の値を所定の定数で除した値を、現在の基準値から差し引いた値に基づいて設定することを特徴とする請求項ｌ記載の半導体ガス検知素子によるガス検知方法。
【請求項３】
各サンプリングタイミングで測定した感ガス体の抵抗値と現在の基準値との差の値がプラスかマイナスかによって雰囲気中の被検知ガスの濃度が増加傾向にあるのか、減少傾向にあるのかを判断し、その判断結果に基づいて上記所定の定数を変えることを特徴とする請求項２記載の半導体ガス検知素子によるガス検知方法。
【請求項４】
感ガス体と感ガス体を加熱するヒータとを有し感ガス体の抵抗値変化をセンサ出力とする半導体ガス検知素子と、ヒータの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と、低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定する温度制御手段と、被検知ガスに応じて低温期間若しくは高温期間においてセンサ出力を所定時間間隔で複数サンプリングして取り込むとともに、各サンプリングタイミングに対応して設定される基準値との差を求め、その差の値と被検知ガスの所定濃度に応じて設定している判定値とを比較して、所定濃度以上の被検知ガスの有無を判定するガス検知手段とを備えたことを特徴とするガス検知装置。
【請求項５】
ガス検知手段は、各サンプリングタイミングで設定される基準値の更新を、上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間が所定数経過する毎に行う機能と、当該更新基準値を、更新する直前の上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間において各サンプリングタイミングで測定した感ガス体の抵抗値と現在の基準値との差の値を所定の定数で除した値を、現在の基準値から差し引いた値に基づいて算出する演算機能とを有して成ることを特徴とする請求項４記載のガス検知装置。
【請求項６】
使用電源が電池であって、温度制御手段はヒータの通電を遮断して低温期間を設定し、ヒータの通電をデューティ制御して高温期間を設定し、熱時定数以上の高温期間を１秒未満とするとともに、低温期間を数分乃至数十分間とし、この低温期間におけるサンプリングで被検知ガスの検知を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のガス検知装置。
【請求項７】
被検知ガスがＣＯと、可燃性ガスの２種類のガスであって、高温期間におけるサンプリングで可燃性ガスのガス検知を、低温期間におけるサンプリングでＣＯのガス検知を行うことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のガス検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ガス検知素子によるガス検知方法及びその装置を提供するにある。
【０００２】
【従来の技術】
従来、酸化物半導体ガス検知素子は他方式のガスセンサと比較してガスに対する感度が大きい点、長期間性能が安定している点、更に製造コストが安価である点等が優れているといわれ、実際にこれらの特徴を利用して一般家庭や工業分野で幅広く利用されている。しかし従来の酸化物半導体ガス検知素子を用いてＣＯ等の低温で検出可能なガスを検知する場合において、常時ガスセンサを低温で駆動し続けるとガスセンサの感度が低下してくる。この感度低下の原因はガスセンサ表面にガスや水分が吸着・蓄積してくるためと考えられ、この現象を取り除くためにガスセンサの温度を一旦高温にしてガスセンサ表面をリフレッシュするヒートクリーニングという手法が必須である。
【０００３】
一方従来のＣＯのガス検知装置では、ヒートクリーニング終了後、次のヒートクリーニング期間までの間においてガス検知を行うのであるが、そのガス検知のタイミングが通常１点であった。しかも電池駆動の装置では電力消費を抑えるために、低温期間を長くしているため検知遅れが生じてしまい、ＣＯ等の危険なガス成分の漏洩、発生を監視する目的を十分にはたしているとはいえなかった。
【０００４】
また電池寿命の影響を考慮しなくても良い商用電源を用いたガス検知装置においても、高温期間から低温期間に切り換えてから半導体ガス検知素子の温度が所定温度に低下するまでの間ガス検知を行わないため、検知遅れが生じてしまうという問題あった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは略連続的にガス検知が可能な半導体ガス検知素子による検知方法及び検知装置を提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項ｌの発明では、感ガス体と該感ガス体を加熱するヒータとを有し、感ガス体の抵抗値変化をセンサ出力とする半導体ガス検知素子を用い、上記ヒータヘの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定し、被検知ガスに応じて低温期間若しくは高温期間の感ガス体の抵抗値変化を検知し、該抵抗値変化に基づいてガス成分を検知する半導体ガス検知素子によるガス検知方法において、抵抗値変化を検知する開始時点から当該期間中に予め決められた所定時間間隔でセンサ出力を複数サンプリングし、各サンプリングタイミング毎に検出した感ガス体の抵抗値と、当該サンプリングタイミングに対応して設定される基準値との差を求めるとともに、その差の値と被検知ガスの所定濃度に応じて設定している判定値とを比較して、所定濃度以上の被検知ガスの有無を判定することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、各サンプリングタイミングで設定される基準値の更新を、上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間が所定数経過する毎に行うとともに、更新基準値は更新する直前の上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間において、各サンプリングタイミングで測定した感ガス体の抵抗値と現在の基準値との差の値を所定の定数で除した値を、現在の基準値から差し引いた値に基づいて設定することを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明では、請求項２の発明において、各サンプリングタイミングで測定した感ガス体の抵抗値と現在の基準値との差の値がプラスかマイナスかによって雰囲気中の被検知ガスの濃度が増加傾向にあるのか、減少傾向にあるのかを判断し、その判断結果に基づいて上記所定の定数を変えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明では、感ガス体と感ガス体を加熱するヒータとを有し感ガス体の抵抗値変化をセンサ出力とする半導体ガス検知素子と、ヒータの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と、低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定する温度制御手段と、被検知ガスに応じて低温期間若しくは高温期間においてセンサ出力を所定時間間隔で複数サンプリングして取り込むとともに、各サンプリングタイミングに対応して設定される基準値との差を求めるとともに、その差の値と被検知ガスの所定濃度に応じて設定している判定値とを比較して、所定濃度以上の被検知ガスの有無を判定するガス検知手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項５の発明では、請求項４の発明において、ガス検知手段は、各サンプリングタイミングで設定される基準値の更新を、上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間が所定数経過する毎に行う機能と、当該更新基準値を、更新する直前の上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間において各サンプリングタイミングで測定した感ガス体の抵抗値と現在の基準値との差の値を所定の定数で除した値を、現在の基準値から差し引いた値に基づいて算出する演算機能とを有して成ることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の発明では、請求項４又は請求項５の発明において、使用電源が電池であって、温度制御手段はヒータの通電を遮断して低温期間を設定し、ヒータの通電をデューティ制御して高温期間を設定し、熱時定数以上の高温期間を１秒未満とするとともに、低温期間を数分乃至数十分間とし、この低温期間におけるサンプリングで被検知ガスの検知を行うことを特徴とする。
【００１５】
請求項７の発明では、請求項４又は請求項５の発明において、被検知ガスがＣＯと、可燃性ガスの２種類のガスであって、高温期間におけるサンプリングで可燃性ガスのガス検知を、低温期間におけるサンプリングでＣＯのガス検知を行うことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
（実施形態ｌ）
本実施形態は、ＣＯ−ＣＨ4 の２つのガスを検知して警報を発する警報装置を構成するガス検知装置に関するものである。
【００２１】
図１は本発明の一実施形態を示しており、この図に示す回路では交流商用電源ＡＣ電圧を降圧トランスＴｒで降圧させ、その降圧させた電圧をダイオードブリッジＤＢ１，ＤＢ２でそれぞれ全波整流し、一方のダイオードブリッジＤＢ２で整流された電圧を平滑コンデンサＣ１で平滑した後、３端子レギュレータＩＣ１で所定電圧に安定化させ、半導体ガス検知素子１のヒータ２の電圧及び検知電圧や、制御と検知をつかさどる４ビットのマイクロコンピュータ３の電源を得ている。
【００２２】
半導体ガス検知素子１は、ヒータ２をＰＮＰ型のトランジスタＱ１を介して前記３端子レギュレータＩＣ１の出力端に接続し、トランジスタＱ１がオンしたときにヒータ２に通電され、ヒータ２が発熱するようになっている。
【００２３】
また半導体ガス検知素子１の感ガス体の検知出力端子は、検知電圧印加制御用のトランジスタＱ２１と負荷抵抗Ｒ１１との直列回路及び検知電圧印加制御用のトランジスタＱ２２と負荷抵抗Ｒ２２との直列回路とダイオードＤ１を介して３端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続するとともに、マイクロコンピュータ３の入力ポートＩ１に接続している。
【００２４】
マイクロコンピュータ３は出力ポートＯ１にトランジスタＱ１のベースを、また出力ポートＯ２１，Ｏ２２にトランジスタＱ２１，Ｑ２２のベースを接続している。さらに出力ポートＯ３〜Ｏ５にはそれぞれ表示用発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３のカソードを接続し、出力ポートＯ６，Ｏ７にはフォトカプラＰＨ１、ＰＨ２の発光ダイオードＬ１，Ｌ２のカソードを接続してある。これら発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３及びＬ１，Ｌ２のアノードは３端子レギュレータＩＣ１の出力端子に限流抵抗を介して接続してある。
【００２５】
フォトカプラＰＨ１，ＰＨ２は検知ガスの濃度などに応じたガス検知信号を電圧信号として出力させるためのスイッチ素子として用いられる。
【００２６】
直列制御型安定化回路４は前記電圧信号を出力するための回路であり、前記ダイオードブリッジＤＢ１の整流出力を平滑する平滑コンデンサＣ２の両端に接続され、直列制御用トランジスタＱ３のベースに接続される基準電圧をフォトカプラＰＨ１，ＰＨ２のフォトトランジスタＰＴ１，ＰＴ２のオンオフにより切り換えるようになっている。
【００２７】
基準電圧は平滑コンデンサＣ２の両端に抵抗Ｒ４を介して接続したツエナーダイオードＺＤの両端電圧を抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３で分圧することにより得るようなっており、フォトトランジスタＰＴ１のオン時には抵抗Ｒ１１〜Ｒ１３の直列回路の両端電圧、つまりツエナーダイオードＺＤの両端電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加され、またフォトトランジスタＰＴ２がオン時には抵抗Ｒ１１と、Ｒ１２とＲ１３の直列回路との分圧電圧がトランジスタＱ３のベースに基準電圧として印加され、それぞれの基準電圧に対応した電圧信号がガス検知信号として外部に出力される。
【００２８】
さて上記トランジスタＱ１のエミッタ・ベース間にはプルアップ用抵抗Ｒ２を接続するとともに、該プルアップ用抵抗Ｒ２の両端にトランジスタＱ４を接続してある。
【００２９】
このトランジスタＱ４は、コンパレータＣＰ等とともにヒータ２の保護回路５を構成するものである。
【００３０】
つまり保護回路５は抵抗Ｒ６，Ｒ７の直列回路をダイオードＤ１を介して３端子レギュレータＩＣ１の出力端子に接続して、その出力電圧を分圧するとともに分圧点をコンパレータＣＰの反転入力端子に接続し、一方マイクロコンピュータ３の出力ポートＯ１とグランドの間に抵抗Ｒ８とコンデンサＣ０との直列回路を接続してその直列回路の中点をコンパレータＣＰの非反転出力端子に接続し、コンパレータＣＰの出力端子を抵抗Ｒ９を介してトランジスタＱ４のベースを接続してある。
【００３１】
尚ブザー６は圧電ブザーであって、マイクロコンピュータ３の出力ポートＯ８，Ｏ９から交互に出力される信号により、交互に出力を”Ｌ”，”Ｈ”とする２つのコンパレータＣＰ１，ＣＰ２にて印加電圧の極性が交互に反転され、警報音を発振出力するようになっている。また図中７はマイクロコンピュータ３に基準クロックを与えるための基準クロック発振回路、ＩＣ２は電源投入時にマイクロコンピュータ３をリセットするためのリセットＩＣである。
【００３２】
ここで本実施形態に用いる半導体ガス検知素子１の感ガス体はＳｎＯ2 からななり、その調整について説明すると、まずＳｎＣｌ4 の水溶液をＮＨ4 で加水分解してスズ酸ゾルを得、この得たスズ酸ゾルを風乾後に空気中において例えば５５０℃から７００℃で１時間焼成し、ＳｎＯ2 を得る。このＳｎＯ2 に対してＰｄの王水溶液を含浸させ、例えば５００℃で空気中において１時間焼成してＰｄを担持させる。Ｐｄの役割は感ガス体に各種ガスに対して適切な感度をもたすると共に、各種ガスに対する応答速度を改善するためのものであり、用途によっては添加しなくても良いものである。またＰｄの代わりにＰｔ，Ｒｈ，Ａｕ等の貴金属を用いることもできる。また本実施形態に用いる半導体ガス検知素子１は外形寸法長幅が０．８ミリ以下の略球状の感ガス体中にコイル状の白金からなるヒータ２兼用電極を埋設し、且つこのヒータ２兼用電極のコイル部の内部に直線状の白金電極を埋設した３端子型の極限まで小さくして、熱容量が極めて小さい構造としたものを用い、ヒートクリーニング時間を極短時間とすることができるようにしている。図２は当該半導体ガス検知素子１の断面構造を示す。
しかして、通常時においては、マイクロコンピュータ３の出力ポートＯ１が”Ｈ”レベルのときにはコンデンサＣ０が抵抗Ｒ８を介して充電され、その充電電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電圧を上回ってコンパレータＣＰの出力が”Ｈ”レベルになり、トランジスタＱ４をオフ状態にしている。
【００３３】
そしてマイクロコンピュータ３の出力ポートＯ１から所定周期（８ｍ秒）で所定時間（例えば高温期間では５００μ秒、低温期間では８μ秒）”Ｌ”レベルの制御信号が出力され、その所定時間中トランジスタＱ１がオンして半導体ガス検知素子１のヒータ２が通電される。一方マイクロコンピュータ３の出力ポートＯ１が”Ｌ”レベルになると、保護回路５のコンデンサＣ０の電荷が抵抗Ｒ８を介して放電され、その両端電圧が低下するが、抵抗Ｒ８とコンデンサＣ０の時定数により、前記所定時間が経過するまで、コンデンサＣ０の電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電圧を下回ることがなく、そのため所定時間中においてもコンパレータＣＰの出力が”Ｌ”レベルにならず、トランジスタＱ４のオフ状態が維持される。
【００３４】
さて通常時においては前記所定時間が終了すると、マイクロコンピュータ３は出力ポートＯ１を”Ｈ”レベルに戻してトランジスタＱ１をオフさせる。このオフにより、半導体ガス検知素子１のヒータ２の通電が停止する。
【００３５】
このようにして所定周期で所定時間ヒータ２を通電するデューティ制御を行うことにより、図３（ａ）に示すように感ガス体を高温とする高温期間（例えば５秒）と低温とする低温期間（例えば１５秒）とを交互に設定するのである。
【００３６】
ここで本実施形態では被検知ガスがＣＨ4 とＣＯであって、ＣＨ4 を検知する期間を高温期間とし、ＣＯを検知する期間を低温期間としている。そしてそれぞれの期間においてマイクロコンピュータ３は出力ポートＯ２１又はＯ２２を１秒周期で所定期間トランジスタＱ２１又はＱ２２をオンさせることにより、負荷抵抗Ｒ２１又はＲ２２を介して半導体ガス検知素子１の感ガス体に検知電圧を印加し、その所定期間において半導体ガス検知素子１の感ガス体の両端電圧を入力ポートＩ１に取り込み被半導体ガス検知素子１の感ガス体の抵抗値を検知する。つまり高温期間では５回、低温期間では１５回感ガス体の抵抗値をサンプリングする。図３（ｂ）は半導体ガス検知素子１の感ガス体の抵抗値の変化を示している。
【００３７】
マイクロコンピュータ３は各サンプリングタイミング毎に予め設定記憶してある基準値とそれぞれの被検知ガスの所定濃度に対応して設定してある判定値とを用いて、被検知ガスが危険濃度に達しているか否かを判定し、被検知ガスが所定濃度以上存在すると判定するとブザー６を鳴動させるのである。
【００３８】
ここで、各サンプリングタイミングに対応して設定される基準値とその更新について説明する。
【００３９】
まず清浄な雰囲気下で、電源投入すると、マイクロコンピュータ３は初期化処理後、最初の高温期間及び低温期間における、各サンプリングタイミングで検知した感ガス体の抵抗値を次の高温期間及び低温期間の各サンプリングタイミング毎で検知抵抗値と比較する基準値として設定記憶し、以後２０００秒周期で更新する。
【００４０】
更新基準値は更新する直前の高温期間及び低温期間の各サンプリングタイミングで検知した感ガス体の抵抗値と現在の基準値とに基づいて求められる。
【００４１】
即ち、基準値の更新にあたっては、まずサンプリングタイミングで検知された感ガス体の抵抗値Ｒｓｈ（ｔ）又はＲｓＬ（ｔ）と、そのサンプリングタイミングに対応して設定してある基準値Ｒｓｍｈ０（ｔ）又はＲｓｍＬ０（ｔ）とを比較してＲｓｍｈ０（ｔ）＞Ｒｓｈ（ｔ）又はＲｓｍＬ０（ｔ）＞ＲｓＬ（ｔ）の場合には被検知ガスの増加傾向にあると判断し、逆にＲｓｍｈ０（ｔ）＜Ｒｓｈ（ｔ）又はＲｓｍＬ０（ｔ）＜ＲｓＬ（ｔ）の場合には被検知ガスが減少傾向にあると判断する。ｈは高温期間に対応するものを、Ｌは低温期間に対応するものを示し、（ｔ）は当該サンプリングタイミングが当該期間における何番目のサンプリングタイミングであるかを示す番目数を表す。
【００４２】
次に高温期間の当該サンプリングタイミングの更新基準値Ｒｓｍｈ（ｔ）を、Ｒｓｍｈ（ｔ）＝Ｒｓｍｈ０（ｔ）−（Ｒｓｍｈ０（ｔ）−Ｒｓｈ（ｔ））／Ｋｈの式から求める。このとき上記の判断が増加傾向であるか減少傾向であるかにより、定数（更新比率）Ｋｈを変える。つまり増加傾向であれば１０、減少傾向であれば１（〜３）として計算する。
【００４３】
同様に低温期間の当該サンプリングタイミングの更新基準値ＲｓｍＬ（ｔ）を、ＲｓｍＬ（ｔ）＝ＲｓｍＬ０（ｔ）−（ＲｓｍＬ０（ｔ）−ＲｓＬ（ｔ））／ＫＬの式から求める。このとき上記の判断が増加傾向であるか減少傾向であるかにより、定数（更新比率）ＫＬを高温期間と同様に変える。つまり増加傾向であれば１０、減少傾向であれば１（〜３）として計算する。
【００４４】
そしてこの更新基準値を次回から基準値として用いることになり、この基準値をマイクロコンピュータ３は内蔵メモリに格納する。図３（ｂ）において、破線（イ）（イ’）は更新される前の現在の各基準値の点を結んだものを示し、破線（ロ）（ロ’）は更新される各基準値の点を結んだものを示している。
【００４５】
マイクロコンピュータ３は各サンプリングタイミングにおいて検知した感ガス体の抵抗値とそのタイミング毎の基準値と予め設定記憶してある被検知ガスの所定濃度に対応させた判定値レベルとを用いて上述の警報判定を行うとともに、濃度判定を行うのである。
【００４６】
次に判定処理について図４（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【００４７】
図４（ａ）に示すようにマイクロコンピュータ３は半導体ガス検知素子１のヒータ２の通電を上述のように制御して高温期間と低温期間とを所定周期で交互に設定し、それぞれの期間において１秒周期で、半導体ガス検知素子１の感ガス体の抵抗値をサンプリングする動作を行い、各サンプリングタイミング毎に当該タイミングに対応して設定してある基準値Ｒｓｍｈ０（ｔ）又はＲｓｍＬ０（ｔ）から当該タイミングで検知した感ガス体の抵抗値Ｒｓｈ（ｔ）又はＲｓＬ（ｔ）を差し引くとともにその差の値Ｒｓｍｈ０（ｔ）又はＲｓｍＬ０（ｔ）で除して変化率Ｓｈ又はＳＬを求め、その変化率Ｓｈ又はＳＬがＣＨ4 の判定値Ｖ１又はＣＯの判定値Ｖ２を越えるか否かを判定し、越えている場合にはブザー６を鳴動させて、警報を発するのである。
【００４８】
ここで図４（ｂ）に示すように空気中に所定濃度以上のＣＨ4 を注入した場合、高温期間での半導体ガス検知素子１の感ガス体の抵抗値は空気の場合（ハ）に比べて（ニ）のように低下して基準値（イ）との差が大きくなり、そのため上記の変化率Ｓｈは図４（ｃ）に示すように上昇して判定値Ｖ１を越えることになり、マイクロコンピュータ３はこのときブザー６を鳴動させる信号を出力ポートＯ８，Ｏ９より交互に出力してブザー６により警報を発生させる。そして低温期間に移行しても、この状態を保持する。尚図４（ｃ）（ｄ）のホ、ホ’は清浄空気のみの雰囲気中の変化率Ｓｈ、ＳＬを示す。
【００４９】
同様に、空気中に所定濃度以上のＣＯを注入した場合、低温期間での半導体ガス検知素子１の感ガス体の抵抗値は空気の場合（ハ’）に比べて（ニ’）のように低下して基準値（イ’）との差が大きくなり、そのため上記の変化率Ｓｈは図４（ｄ）に示すように上昇して判定値Ｖ２を越えることになり、マイクロコンピュータ３はこのときブザー６を鳴動させる信号を出力ポートＯ８，Ｏ９より交互に出力してブザー６により警報を発生させる。そして高温期間に移行してもこの状態を保持する。
【００５０】
このようにしてマイクロコンピュータ３は各サンプリングタイミング毎に基準値と検知した半導体ガス検知素子１の感ガス体の抵抗値と判定値Ｖ１又はＶ２を用いてＣＨ4 又はＣＯが所定濃度を越えたか否を判定する動作を行う。またこの動作に併せて、警報を発するための判定値以外に設けた濃度判定用の判定値を用いて現在のガス濃度を判定して発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３により濃度を段階表示する動作を行う。
【００５１】
以上のように本実施形態ではＣＨ4 、ＣＯの２種類のガスに対応し、これらガスが雰囲気中に所定濃度以上の場合に警報を発するガス検知装置を実現でき、しかも略連続的にガス検知を行うことができるため、危険性の高いこれらガスを早期検知して警報を発することができ、しかもヒートクリニーングも行えて、半導体ガス検知素子１の感度劣化を防ぐことができる。
【００５２】
尚本実施形態ではマイクロコンピュータ３がノイズなどにより暴走して、マイクロコンピュータ３の出力ポートＯ１が”Ｌ”レベルに固定されると、保護回路５ではコンデンサＣ０の電荷が放電されてやがてコンデンサＣ０の電圧が抵抗Ｒ６，Ｒ７の接続点の電圧を下回ることになり、その結果コンパレータＣＰの出力が”Ｈ”レベルから”Ｌ”レベルに反転してトランジスタＱ４をオンさせ、トランジスタＱ１のベースの電圧を電源電圧に吊り上げトランジスタＱ１を強制的にオフ状態とする。
【００５３】
したがってマイクロコンピュータ３が暴走しても半導体ガス検知素子１のヒータ２には必要以上に通電されることがなく、ヒータ２の断線を防止できる。
【００５４】
ところで上記実施形態はＣＯ，ＣＨ4 の２種類のガスを検知するものであるが、車庫などにおいて低濃度のＣＯを検知するためのガス検知装置を同じ回路で構成することができる。
【００５５】
この場合は、マイクロコンピュータ３の動作プログラムを変更して、高温期間が例えば３秒、低温期間が例えば１５秒となるようにマイクロコンピュータ３によるヒータ通電制御動作を設定変更し、また１秒周期で行う感ガス体の抵抗値のサンプリングと、サンプリングされた抵抗値と、基準値と、判定値を用いた判定動作を低温期間のみとするようにし、更に基準値の更新を例えば１００秒周期で行うようにする。また更新基準値を求める際に、増加傾向の場合に用いる定数ＫＬを例えば５とするように設定するとともに、判定値を検知濃度に合わせて設定し、さらにサンプリング時に感ガス体にトランジスタＱ２２を通じて直列接続する負荷抵抗Ｒ２２の値を使用半導体ガス検知素子１の特性に合うように変更しておくだけで良い。
【００５６】
同様に硫化ガスのようなガスを検知するにおい検知装置も構成することができる。
【００５７】
この場合は、マイクロコンピュータ３の動作プログラムを変更して、高温期間が例えば５秒、低温期間が例えば１０秒となるようにマイクロコンピュータ３によるヒータ通電制御動作を設定変更し、また１秒周期で行う感ガス体の抵抗値のサンプリングと、サンプリングされた抵抗値と、基準値と、判定値を用いた判定動作を低温期間のみとするようにし、更に基準値の更新を例えば１５０秒周期で行うようにする。また更新基準値を求める際に、増加傾向の場合に用いる定数ＫＬを例えば５とするように設定するとともに、判定値を検知濃度に合わせて設定し、さらにサンプリング時に感ガス体に直列接続する負荷抵抗の値を使用半導体ガス検知素子１の特性に合うように変更しておくとともに、トランジスタＱ２１やＱ２２を用いず、感ガス体と電源とのに常時接続するようにする。
【００５８】
（実施形態２）
実施形態１では商用交流電源を用いたガス検知装置であるが、本実施形態は、乾電池などの電池電源を用い、しかも長期間電池の交換を行わなくてガス検知動作を持続できるガス検知装置を実現したものである。
【００５９】
図５は本実施形態の回路構成を示す。
【００６０】
基本的には実施形態１と同じであるため、同じ機能、役割を持つ回路及び回路要素には図１の回路及び回路要素と同じ符号を付す。
【００６１】
本実施形態では例えば単三４本の電池を直列接続した電池電源２０を用い、この電池電源２０にコンデンサＣ１０を並列接続するとともに、トランジスタＱ１と半導体ガス検知素子Ｈ１のヒータ２との直列回路を並列接続している。
【００６２】
また電池電源２０に逆流阻止用ダイオードＤ０を介してコンデンサＣ１１を並列接続し、このコンデンサＣ１１にトランジスタＱ２１と負荷抵抗Ｒ２１と半導体ガス検知素子１の感ガス体との直列回路を並列接続するとともに、トランジスタＱ２１と負荷抵抗Ｒ２１と半導体ガス検知素子１の感ガス体との直列回路を並列接続してあり、使用半導体ガス検知素子１によりサンプリング時に接続する負荷抵抗を選択できるようになっておいる。この選択動作は予めマイクロコンピュータ３の動作プログラムに設定される。
【００６３】
マイクロコンピュータ３は電池電源２０の消耗を防ぐために、常時電池電源２０に逆流阻止用ダイオードＤ０を介して電源供給を受けている該外付けタイマ回路９からのトリガ信号を受けたときに動作状態に入り、内蔵カウンタでクロックをカウントして一定時間経過すると停止状態に入り、次のトリガ信号を受けるまで停止状態を継続する動作を行う機能を備えている。
【００６４】
警報用のブザー６はマイクロコンピュータ３の出力ポートＯ８，Ｏ９の信号が" Ｌ" となると、ノットゲートＮＴ１乃至ＮＴ６により印加電圧の極性が交互に反転され鳴動するようになっている。
【００６５】
発光ダイオードＬＥＤａ，ＬＥＤｂはマイクロコンピュータ３の出力ポート０１０，Ｏ１１にカソードが接続され、該出力ポートＯ１０，Ｏ１１が" Ｌ”となった時に点灯するもので、上記ブザー６の鳴動とともに、警報を発するようになっている。
【００６６】
尚図中８は電源投入時にマイクロコンピュータ３をリセットするリセット回路、１１はリセットスイッチＳＷ０によるマイクロコンピュータ３をリセットするリセット回路である。また１２、１３はノイズを除去するためのフィルタである。
【００６７】
しかして本実施形態では高温期間と、低温期間とを交互に設定するようにマイクロコンピュータ３は実施形態１と同様にトランジスタＱ１のスイッチングをデューティ制御するのであるが、高温期間は消費電力を抑えるために例えば０．８秒間とし、また低温期間はトランジスタＱ１のオフデュテイを１００パーセントとするとともに、その低温期間を例えば１８０秒（勿論３分乃至３０分程度としても良い。）としてある。つまり低温期間ではヒータ２の消費電力が０となるのである。
【００６８】
ここで本実施形態では被検知ガスをＣＯとし、これに対応して半導体ガス検知素子１の感ガス体の抵抗値をサンプリングする周期を１０秒となるようにマイクロコンピュータ３の動作プログラムを設定し、そのサンプリングタイミングに所定期間トランジスタＱ２１（又はＱ２２）をオンさせて負荷抵抗Ｒ２１（又はＲ２１）を通じて検知電圧を感ガス体に印加して感ガス体の両端電圧をとり込み、感ガス体の抵抗値を検知するようになっている。
【００６９】
また本実施形態では各サンプリングタイミング毎に設定する基準値ＲｓｍＬ０（ｔ）の更新を１８００秒周期とし、更新基準値の算出に用いる更新比率ＫＬを１０としている。この基準値の設定、更新方法は実施形態１と同じであるからここでは説明は省略する。また検知抵抗値と基準値と被検知ガスに対応して設定する判定値とを用いて被検知ガスの検知判定を行う方法も実施形態１と同じであるから説明は省略する。
【００７０】
しかして、本実施形態では、ヒータ２の通電による消費電力がきわめて少なく、しかもマイクロコンピュータ３の動作も間欠的となるため、その消費電力も抑えることができ、結果装置全体の消費電力をきわめて少なくすることができ、長期間電池交換を行わずに被検知ガスの検知動作を維持できる。また被検知ガスが所定濃度を越えると、ブザー６を鳴動させるとともに発光ダイオードＬＥＤａ，ＬＥＤｂを点灯させて警報を発する。
【００７１】
尚ＬＰガス、或いはＣＨ4 を被検知ガスとするガス検知装置もＣＯの場合とと同様な構成と、動作により検知することができる。但し使用半導体ガス検知素子１、負荷抵抗値、及び判定値の設定は被検知ガスに対応するものを使用、設定するのは勿論である。尚高温期間、低温期間、感ガス体の抵抗値の検知するサンプリングタイミングの周期、基準値の更新周期、更新比率などはＣＯの場合と同じで良い。
【００７２】
（実施形態３）
上記実施形態２は、ＣＯ又はＣＨ4 或いはＬＰ等の危険ガスの検知を行うガス検知装置であったが、実施形態２と同様に電池電源を用いて空気中のタバコの煙（ＨやＣＯのようなガス成分）や、硫化ガスなどの検知を行う装置も実現できる。
【００７３】
図６は本実施形態の回路構成を示しており、基本的には実施形態１と同じであるが、本実施形態では警報を発するのではなく、濃度を発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ６で段階表示するようにしており、そのため各段階の濃度判定用の判定値を設定してある。
【００７４】
勿論使用半導体ガス検知素子１、負荷抵抗値、及び濃度判定値の設定は被検知ガス（上記煙）に対応するものを使用、設定し、また高温期間、低温期間、感ガス体の抵抗値の検知するサンプリングタイミングの周期は実施形態２と同様にするが、基準値の更新周期を例えば１８０秒、更新比率を例えば５に変更して被検知ガス（塵埃）に対応させる。
【００７５】
尚マイクロコンピュータ３は電池電源２０により常時動作している外付けタイマ回路９により動作のトリガ信号が与えられ、トリガ信号を受けてから所定時間のみ動作した後、次のトリガ信号が与えられるまで動作を停止するようになっており、消費電力を抑えている。
【００７６】
尚図中ＩＣ２は電源リセット用のリセットＩＣであり、スイッチＳＷ０はリセットスイッチである。更にコンデンサＣ１２〜Ｃ１５はノイズ除去用コンデンサである。
【００７７】
尚その他の回路、回路要素で実施形態１又は２と同じ機能，動作を為すものには同じ符号を付して説明は省略する。
【００７８】
上記各実施形態では、サンプリングタイミング毎に設定してある基準値とサンプリングタイミング毎に検知された抵抗値との差の値を求める方法を採用しているが、所定のサンプリング周期毎に検出される感ガス体の抵抗値の前後のサンプリングタイミング間の差の値を、予めそれぞれにサンプリングタイミング間毎に対応して設定してある基準値から差し引く方法を採用しても良い。ここに、所定のサンプリング周期毎に検出される感ガス体の抵抗値の前後のサンプリングタイミング間の差としては、各サンプリングタイミング毎に検知された感ガス体の抵抗値（サンプリング値）のうちの隣合う２個のサンプリング値の差を採用したり、所定個数離れた２個のサンプリング値の差を採用したりする。また、基準値は低温期間若しくは高温期間が所定数経過する毎に更新し、実施形態１で説明した技術を採用することにより、適正な基準値を設定することができる。
【００７９】
【発明の効果】
請求項ｌの発明は、感ガス体と該感ガス体を加熱するヒータとを有し、感ガス体の抵抗値変化をセンサ出力とする半導体ガス検知素子を用い、上記ヒータヘの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定し、被検知ガスに応じて低温期間若しくは高温期間の感ガス体の抵抗値変化を検知し、該抵抗値変化に基づいてガス成分を検知する半導体ガス検知素子によるガス検知方法において、抵抗値変化を検知する開始時点から当該期間中に予め決められた所定時間間隔でセンサ出力を複数サンプリングし、各サンプリングタイミング毎に検出した感ガス体の抵抗値と、当該サンプリングタイミングに対応して設定される基準値との差を求めるとともに、その差の値と被検知ガスの所定濃度に応じて設定している判定値とを比較して、所定濃度以上の被検知ガスの有無を判定するので、略連続的にガス検知が行えるため、検知遅れなどがなくなり危険なガス成分の検知に最適であるという効果がある。
【００８０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、各サンプリングタイミングで設定される基準値の更新を、上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間が所定数経過する毎に行うとともに、更新基準値は更新する直前の上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間において、各サンプリングタイミングで測定した感ガス体の抵抗値と現在の基準値との差の値を所定の定数で除した値を、現在の基準値から差し引いた値に基づいて設定するので、妨害ガスの影響を排除して所定のガス成分を確実に検知することができるという効果がある。
【００８１】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、各サンプリングタイミングで測定した感ガス体の抵抗値と現在の基準値との差の値がプラスかマイナスかによって雰囲気中の被検知ガスの濃度が増加傾向にあるのか、減少傾向にあるのかを判断し、その判断結果に基づいて上記所定の定数を変えるので、雰囲気中の被検知ガスの増加、或いは減少の傾向に応じた適切な基準値更新を行うことができる。
【００８５】
請求項４の発明は、感ガス体と感ガス体を加熱するヒータとを有し感ガス体の抵抗値変化をセンサ出力とする半導体ガス検知素子と、ヒータの通電を制御して感ガス体の温度を高温とする高温期間と、低温とする低温期間とを所定周期で交互に設定する温度制御手段と、被検知ガスに応じて低温期間若しくは高温期間においてセンサ出力を所定時間間隔で複数サンプリングして取り込むとともに、各サンプリングタイミングに対応して設定される基準値との差を求めるとともに、その差の値と被検知ガスに応じて設定している判定値とを比較して、所定濃度以上の被検知ガスの有無を判定するガス検知手段とを備えたので、略連続的にガス検知が行えるため、検知遅れなどがなくなり危険なガス成分の検知に最適なガス検知装置を構成できるという効果がある。
【００８６】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、ガス検知手段は、各サンプリングタイミングで設定される基準値の更新を、上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間が所定数経過する毎に行う機能と、当該更新基準値を、更新する直前の上記感ガス体の抵抗値をサンプリングする低温期間若しくは高温期間において各サンプリングタイミングで測定した感ガス体の抵抗値と現在の基準値との差の値を所定の定数で除した値を、現在の基準値から差し引いた値に基づいて算出する演算機能とを有しているので、妨害ガスの影響を排除して所定のガス成分を確実に検知することができるという装置を構成できる。
【００８７】
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５の発明において、使用電源が電池であって、温度制御手段はヒータの通電を遮断して低温期間を設定し、ヒータの通電をデューティ制御して高温期間を設定し、熱時定数以上の高温期間を１秒未満とするとともに、低温期間を数分乃至数十分間とし、この低温期間におけるサンプリングで被検知ガスの検知を行うので、必要なヒートクリーニングを行い且つヒータによる消費電力を抑え、そのため電池を長期間交換することなく、ガス検知動作が行える電池駆動式のガス検知装置を構成できる。
【００８８】
請求項７の発明は、請求項４又は請求項５の発明において、被検知ガスがＣＯと、可燃性ガスの２種類のガスであって、高温期間におけるサンプリングで可燃性ガスのガス検知を、低温期間におけるサンプリングでＣＯのガス検知を行うので、上記効果を奏しながらＣＯとＣＨ4 の両ガスを検知することができるガス検知装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態ｌの回路図である。
【図２】同上に使用する半導体ガス検知素子の構造図である。
【図３】同上の基準値更新の説明図である。
【図４】同上の判定動作の説明図である。
【図５】本発明の実施形態２の回路図である。
【図６】本発明の実施形態３の回路図である。
【符号の説明】
１  半導体ガス検知素子
２  ヒータ
３  マイクロコンピュータ
５  保護回路
６  ブザー
【図１】
0003936469.tif 000002
【図２】
0003936469.tif 000003
【図３】
0003936469.tif 000004
【図４】
0003936469.tif 000005
【図５】
0003936469.tif 000006
【図６】
0003936469.tif 000007