(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガスセンサの温度を変化させて、ガスを検出する方法において、
温度変化過程での、ガスセンサの互いに異なる少なくとも２つの信号からなる空間を定め、キャリブレーション時に、複数の検出対象ガス濃度で前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して、該空間で検出対象ガスの濃度を変化させた際のガスセンサ信号の位置の軌跡をガス濃度軸として記憶すると共に、
該空間に、前記ガス濃度軸と斜めに交わり、かつガスセンサ特性のノイズに対応する、ノイズ軸を定めて記憶し、
測定時に、前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して該空間での位置を求め、求めた空間での位置から前記ノイズ軸に平行に前記ガス濃度軸上へ移動した際の、ガス濃度軸上の位置によりガス濃度を求めることを特徴とする、ガス検出方法。
【請求項２】
共存ガスを検出するために、前記少なくとも２つのガスセンサの信号とは少なくとも一方の信号が異なる、前記温度変化過程でのガスセンサの互いに独立した他の少なくとも２つの信号からなる他の空間を定め、
この空間でのガスセンサ信号の位置を測定することにより共存ガスを検出し、共存ガスの検出結果に応じて、求めたガス濃度を補正することを特徴とする、請求項１のガス検出方法。
【請求項３】
前記ガスセンサを周期的に温度変化させることを特徴とする、請求項１または２のガス検出方法。
【請求項４】
ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガスセンサの温度を変化させて、ガスを検出する方法において、
温度変化過程での、ガスセンサの互いに異なる少なくとも２つの信号からなる空間を定め、キャリブレーション時に、複数の検出対象ガス濃度で前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して、該空間で検出対象ガスの濃度を変化させた際のガスセンサ信号の位置の軌跡をガス濃度軸として記憶すると共に、
測定時に、前記少なくとも２つのガスセンサ信号を測定して該空間での位置を求め、この位置とガス濃度軸とから仮のガス濃度を求め、
求めた仮のガス濃度をガス濃度軸から前記の位置までの変位に応じて補正し、補正済みのガス濃度を求めることを特徴とする、ガス検出方法。
【請求項５】
前記ガスセンサを周期的に温度変化させることを特徴とする、請求項４のガス検出方法。
【請求項６】
ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガスセンサの温度を変化させて、ガスを検出する装置において、
温度変化過程での、ガスセンサの互いに異なる少なくとも２つの信号からなる空間を定め、キャリブレーション時に複数の検出対象ガス濃度で前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して該空間で検出対象ガスの濃度を変化させた際の、ガスセンサ信号の位置の軌跡をガス濃度軸として記憶するための手段と、
該空間に、前記ガス濃度軸と斜めに交わり、かつガスセンサ特性のノイズに対応する、ノイズ軸を定めて記憶するための手段と、
測定時に、前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して該空間での位置を求め、求めた空間での位置から前記ノイズ軸に平行に前記ガス濃度軸上へ移動した際の、ガス濃度軸上の位置によりガス濃度を求めるための手段とを設けたことを特徴とする、ガス検出装置。
【請求項７】
ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガスセンサの温度を変化させて、ガスを検出する装置において、
温度変化過程での、ガスセンサの互いに異なる少なくとも２つの信号からなる空間を定め、キャリブレーション時に複数の検出対象ガス濃度で前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して該空間で検出対象ガスの濃度を変化させた際の、ガスセンサ信号の位置の軌跡をガス濃度軸として記憶するための手段と、
測定時に、前記少なくとも２つのガスセンサ信号を測定して該空間での位置を求め、この位置とガス濃度軸とから仮のガス濃度を求めるための手段と、
求めた仮のガス濃度をガス濃度軸からの前記の位置までの変位に応じて補正し、補正済みのガス濃度を求めるための補正手段とを設けたことを特徴とする、ガス検出装置。
【請求項８】
前記補正手段は、ガス濃度軸からの前記の位置までの変位に応じた補正定数を記憶するための手段と、記憶した補正定数に応じて前記仮のガス濃度を補正するための手段とからなることを特徴とする、請求項７のガス検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の利用分野】
この発明は金属酸化物半導体ガスセンサを用いたガスの検出に関し、特にガスセンサを温度変化させてガスを検出する技術に関する。
【０００２】
【従来技術】
温度変化を用いた金属酸化物半導体ガスセンサとして、ＳｎＯ2系のＣＯセンサＴＧＳ２０３（ＴＧＳ２０３はフィガロ技研の商品名）がある。このガスセンサは１５０秒周期で動作し、最初の６０秒間を高温域に次の９０秒間を低温域に割り当て、高温域での最終温度は３００℃、低温域での最終温度は８０℃で、低温域終了時の金属酸化物半導体の抵抗値からＣＯを検出する。センサの抵抗値はＣＯ濃度にほぼ反比例し、水素とＣＯとの相対感度は１：１０で、例えば水素１０００ppmとＣＯ１００ppmとが等価となる。さらに抵抗値の初期分布は、ＣＯ１００ppm中で１〜１０ＫΩである。
【０００３】
発明者は、ＴＧＳ２０３を用いたＣＯ検出装置を高精度化し、同じセンサを用いて検出精度を２倍以上向上させることを検討した。検討した問題はセンサ特性のドリフトで、ＴＧＳ２０３は使用開始から２カ月程度で抵抗値が最大２倍増加し、その後は数年間程度で抵抗値が初期値の最大約１／２に低下する。ＴＧＳ２０３の抵抗値はＣＯ濃度にほぼ反比例するので、これらのドリフトはＣＯの検出値が現実の２倍〜１／２の範囲で変動することを意味する。
【０００４】
ここで関連する先行技術を示す。ガスセンサの温度を変化させて、その抵抗値の挙動を温度波形と見なし、これをフーリエ変換してガスを検出することは、吉川らにより提案されている（アナリティカル・ケミストリー  VoL６８，No.１３，２０６７−２０７２，１９９６）。またガスセンサの高温域の信号と低温域の信号とを組み合わせることには、多数の研究がある（例えば、米国特許４８９６１４３，同４３９９６８４）。
【０００５】
【発明の課題】
この発明の課題は、温度変化過程でのガスセンサ信号を組み合わせてガス濃度を求めるに際しての、基本的な手法を提供することにある。
【０００６】
【発明の構成】
この発明では、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガスセンサの温度を変化させながら、温度波形上の複数の点の信号を用いて、ＣＯ，エタノール，アンモニア，水蒸気等のガスを検出する。ガスセンサの種類はＳｎＯ2系に限らず、Ｉｎ2Ｏ3系やＷＯ3系等でも良く、検出対象はＣＯに限らず、アンモニアやエタノール，ホルムアルデヒド，水蒸気等の様々なガスである。また温度変化はガスセンサのヒータへの印加電力を変えることで行い、この電力のパターンをヒータ波形と呼ぶと、方形波状やサイン波状、あるいはランプ波状等の、様々なヒータ波形を用いることができる。
【０００７】
この発明は、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガスセンサの温度を変化させて、ガスを検出する方法において、温度変化過程での、ガスセンサの互いに異なる少なくとも２つの信号からなる空間を定め、キャリブレーション時に、複数の検出対象ガス濃度で前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して、該空間で検出対象ガスの濃度を変化させた際のガスセンサ信号の位置の軌跡をガス濃度軸として記憶すると共に、該空間に、前記ガス濃度軸と斜めに交わり、かつガスセンサ特性のノイズに対応する、ノイズ軸を定めて記憶し、測定時に、前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して該空間での位置を求め、求めた空間での位置から前記ノイズ軸に平行に前記ガス濃度軸上へ移動した際の、ガス濃度軸上の位置によりガス濃度を求めることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、共存ガスを検出するために、前記少なくとも２つのガスセンサの信号とは少なくとも一方の信号が異なる、前記温度変化過程でのガスセンサの互いに独立した他の少なくとも２つの信号からなる他の空間を定め、この空間でのガスセンサ信号の位置を測定することにより共存ガスを検出し、共存ガスの検出結果に応じて、求めたガス濃度を補正する。
また好ましくは、前記ガスセンサを周期的に温度変化させる。
【０００９】
この発明は、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガスセンサの温度を変化させて、ガスを検出する方法において、温度変化過程での、ガスセンサの互いに異なる少なくとも２つの信号からなる空間を定め、キャリブレーション時に、複数の検出対象ガス濃度で前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して、該空間で検出対象ガスの濃度を変化させた際のガスセンサ信号の位置の軌跡をガス濃度軸として記憶すると共に、測定時に、前記少なくとも２つのガスセンサ信号を測定して該空間での位置を求め、この位置とガス濃度軸とから仮のガス濃度を求め、求めた仮のガス濃度をガス濃度軸から前記の位置までの変位に応じて補正し、補正済みのガス濃度を求めることを特徴とする。
好ましくは、前記ガスセンサを周期的に温度変化させる。
【００１０】
この発明は、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガスセンサの温度を変化させて、ガスを検出する装置において、温度変化過程での、ガスセンサの互いに異なる少なくとも２つの信号からなる空間を定め、キャリブレーション時に複数の検出対象ガス濃度で前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して該空間で検出対象ガスの濃度を変化させた際の、ガスセンサ信号の位置の軌跡をガス濃度軸として記憶するための手段と、該空間に、前記ガス濃度軸と斜めに交わり、かつガスセンサ特性のノイズに対応する、ノイズ軸を定めて記憶するための手段と、測定時に、前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して該空間での位置を求め、求めた空間での位置から前記ノイズ軸に平行に前記ガス濃度軸上へ移動した際の、ガス濃度軸上の位置によりガス濃度を求めるための手段とを設けたことを特徴とする。
【００１１】
この発明は、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体ガスセンサの温度を変化させて、ガスを検出する装置において、温度変化過程での、ガスセンサの互いに異なる少なくとも２つの信号からなる空間を定め、キャリブレーション時に複数の検出対象ガス濃度で前記少なくとも２つのガスセンサの信号を測定して該空間で検出対象ガスの濃度を変化させた際の、ガスセンサ信号の位置の軌跡をガス濃度軸として記憶するための手段と、測定時に、前記少なくとも２つのガスセンサ信号を測定して該空間での位置を求め、この位置とガス濃度軸とから仮のガス濃度を求めるための手段と、求めた仮のガス濃度をガス濃度軸からの前記の位置までの変位に応じて補正し、補正済みのガス濃度を求めるための補正手段とを設けたことを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、前記補正手段は、ガス濃度軸からの前記の位置までの変位に応じた補正定数を記憶するための手段と、記憶した補正定数に応じて前記仮のガス濃度を補正するための手段とからなる。
【００１３】
なお以下では、温度変化過程での、ガスセンサの互いに異なる少なくとも２つの信号からなる空間を位相空間と呼び、この空間での位置を位相点と呼ぶことがある。
【００１４】
【発明の作用と効果】
この発明では、金属酸化物半導体ガスセンサを例えば周期的に温度変化させ、温度変化過程での少なくとも２つのガスセンサ信号を用いて、位相空間を定める。ここでキャリブレーション時に、検出対象ガスの濃度を変えて、例えば常温常湿等の所定の雰囲気で動作させ、前記の２つのガスセンサ信号を測定する。少なくとも２つのガスセンサ信号はこの位相空間での位相点となり、複数の検出対象ガス濃度で測定するので、キャリブレーション時に検出対象ガス濃度を変えた際の位相点の軌跡が得られ、これに対応するデータを記憶する。測定時に同様にして位相空間上での位相点を得ると、ガスセンサに外乱要因が加わっていない場合、位相点は前記の軌跡上にあり、軌跡上での位置から単純にガス濃度を求めればよい。そして軌跡から位相点が離れている場合、その距離は外乱の強さを示す。そこでこの距離を用いて補正を行う。またここでガス濃度軸からどちらの向きに変位しているかが重要なので、この距離は向きのある距離と見なすべきで、この距離のことを変位と呼ぶ。変位に応じた補正は多数あり、例えば位相空間の軸のうち、検出対象ガスの濃度との相関の高い軸を除いた他の軸に平行に位相点から軌跡まで射影し、この点でのガス濃度を仮のガス濃度とする。そしてこれにその点から位相点までの距離に応じた補正を加えて、ガス濃度を求める。あるいは前記の位相空間に、前記の軌跡に対応するガス濃度軸と、外乱要因の影響を示すノイズ軸とを求め、求めた位相点からノイズ軸に平行に軌跡まで射影して、ガス濃度を求める。ガスセンサ信号には、金属酸化物半導体の抵抗値やその対数，あるいは抵抗値の対数のフーリエ変換等を用いる。フーリエ変換前のガスセンサ信号に対して、フーリエ変換はその特性関数に相当し、フーリエ変換前の信号を用いるか、フーリエ変換後の信号を用いるかは任意である。位相空間は少なくとも２次元の空間で、斜交座標系も少なくとも２次元の座標系である。ノイズ軸としては、例えばセンサ特性の経時的変化に対応するドリフト軸や、湿度依存性に対応する湿度軸等がある。
【００１５】
発明者は、温度変化に伴うガスセンサ信号の変化を、センサ信号の温度波形と見なし、ガスを検出することを検討した。特に、温度変化過程での少なくとも２点での信号の組合せでガスを検出することを検討した。この２点で位相空間を定め、ドリフト等によるセンサ信号の座標の推移を調べると、ドリフト等のノイズには明瞭な規則性があり、特定の軸に沿って座標がシフトすることを見い出した。この軸をノイズ軸ないしはドリフト軸と呼ぶことにする。
【００１６】
検出対象ガスの濃度を変えると、位相空間上での座標は変化し、この軸をガス濃度軸と呼ぶことにする。しかしノイズ軸とガス濃度軸は一般に直交しなかった。このため、斜交座標系で位相空間を表現することが必要であった。そして位相空間上での座標を測定すれば、測定した座標からガス濃度軸へ射影することによりガス濃度を算出することができる。
【００１７】
この発明では、金属酸化物半導体ガスセンサを高温域と低温域とに温度変化させてＣＯを検出する。温度変化は例えばガスセンサのヒータに方形波状の電力を加えて行うが、サイン波状や鋸波状等でも良い。金属酸化物半導体の種類は実施例に示すＳｎＯ2の他にＩｎ2Ｏ3やＺｎＯ等でも良く、センサの構造は任意である。また温度変化は、高温域と低温域とを交互に、特に所定の周期で規則的に行うものを実施例に示すが、これに限るものではない。高温域への加熱は、補正用の信号を得るためと、金属酸化物半導体をヒートクリーニングするためで、常時は低温域に金属酸化物半導体を保ち、ＣＯが存在する可能性がある場合に高温域に加熱しても良い。またＣＯの存在の可能性は、低温域でのガスセンサ信号から検出することができる。なお低温域は室温でも良い。
【００１８】
発明者は、高温域の初期の信号と低温域の信号とがドリフトに関して強い相関を持ち、高温域初期の信号で低温域の信号を補正することにより、ドリフトの影響を補正できることを見い出した。そして高温域初期の信号としては、高温域への移行時に生じる抵抗値の谷を通過した後、金属酸化物半導体温度が定常値に達する前の、あるいは金属酸化物半導体温度が上昇しつつある過程での信号が有効であることを見い出した。そこでこれらの信号を組み合わせると、ガスセンサのドリフトの影響を補償し、ＴＧＳ２０３の場合、例えばＣＯ濃度換算で±２０％程度の精度を得ることができた。これはＴＧＳ２０３の抵抗値がドリフトで最大２倍に増加することを考えると、誤差を１／５程度に減少させたことになる。
【００１９】
【実施例】
【００２０】
【ガス検出装置の構造】
図１〜図２４に実施例とその変形とを示す。図１に実施例の構成を示すと、Ｓは金属酸化物半導体ガスセンサで、ここではＴＧＳ２０３を用い、ＳｎＯ2系の金属酸化物半導体２の両端に一対のヒータｈ１，ｈ２を配置したものである。センサＳの種類や構造は任意である。４は直流５Ｖ等の直流電源で、その出力ＶDDを用いてガス検出装置を駆動する。ガスセンサＳの一対のヒータｈ１，ｈ2を共に駆動するため、トランジスタＴ１，Ｔ２を用い、これらを同時にオン／オフさせる。そしてトランジスタＴ１，Ｔ２が共にオンすると、ヒータｈ１、ｈ２に電流が流れ、トランジスタＴ１，Ｔ２のオンのデューティー比を変えることによって、金属酸化物半導体２の温度を周期的に変化させる。ここではＴＧＳ２０３の動作条件に従い、高温域を６０秒間、低温域を９０秒間とし、ヒータ電力の波形は高温域と低温域の２段階で変化する方形波状で、高温域の最終温度は３００℃、低温域の最終温度は８０℃である。また実施例では時刻の表示として、低温域の終了直前を０秒目とし、０〜６０秒目を高温域として、９０〜１５０秒目（１５０秒目は０秒目と等しい）を低温域とする。
【００２１】
金属酸化物半導体２には、抵抗ラダー５を接続し、Ｒ１〜Ｒｎはその個別の抵抗である。ここでは各抵抗Ｒ１〜Ｒｎは４倍ずつ変化するものとし、例えば０.５ＫΩ，２ＫΩ，８ＫΩ，３２ＫΩ，１２８ＫΩ，５１２ＫΩの６つの抵抗を用いる。固定抵抗の精度は±２％程度のものが容易に得られ、抵抗値の切り替えに基づくＡＤ変換誤差は±２％程度である。そしてトランジスタＴ１，Ｔ２をオフすると、電源出力ＶDD（以下検出電圧Ｖcと呼ぶ）は金属酸化物半導体２を介して抵抗ラダー５に流れ、抵抗ラダー５への出力電圧をＡＤ変換して処理する。
【００２２】
８はマイクロコンピュータで、ここでは４ビットの１チップマイクロコンピュータを想定する。１０はそのバスで、１２は例えば８ビットのＡＤコンバータ、１４は抵抗ラダー制御部で、抵抗Ｒ１〜Ｒｎの１本のみをアースし、アースした抵抗を負荷抵抗として用いる。そして前記のように抵抗ラダーへの出力電圧はＡＤコンバータ１２でＡＤ変換される。なお抵抗ラダー５への出力電圧をさらに分圧してＡＤ変換しても良いことは当然で、また抵抗ラダー５側の電圧ではなく、センサＳ側の電圧をＡＤ変換しても同じことである。１６はヒータ制御部で、トランジスタＴ１，Ｔ２のオン／オフを制御し、６０秒の高温域と９０秒の低温域からなる温度サイクルを発生させる。１８はＥＥＰＲＯＭ制御部で、２０はＥＥＰＲＯＭである。
【００２３】
ＥＥＰＲＯＭ２０の構成を図３に示すと、例えばここではＣＯを検出対象とし、検出範囲をＣＯ５０〜６００ppmの約１０倍の範囲とする。基準信号としてはＣＯ６５ppm，２００ppm，４００ppmの３点を用い、基準信号として０秒目のセンサ抵抗の対数ＬnＲ0，６秒目のセンサ抵抗の対数ＬnＲ6，６９秒目（低温域の初期）のセンサ抵抗の対数ＬnＲ69を用いる。なおＬnは自然対数を表し、Ｒ0の０等の添え字は０秒基準のタイミングを表す。ＣＯ２００ppmや４００ppmでも、同様にして０秒目，６秒目，６９秒目の３つの基準信号をセンサ抵抗の対数の形で記憶させる。５１〜５３は、各濃度についての基準信号を１枚のカードとして考えた際のカードである。これ以外にカード５４にはＣＯ検出装置の使用経歴を記録させる。即ち経過時間として、延べ使用時間と過去のＣＯの警報に関する記録を記憶させる。延べ使用時間はＣＯ検出装置の電源がオンしている時間の累積値であり、例えば時間の単位は１日として、累積使用時間をカード５４に記憶させる。警報の記録としては、後述のブザーが鳴動する毎にその日付を記憶する。日付としては、延べ使用時間と同じ基準での日付を記憶させる。このようにすると、ブザーが鳴動した日が判明する。
【００２４】
２２は入出力で、調整スイッチ２３とリセットスイッチ２４が接続されており、調整スイッチ２３をオンすると、ＥＥＰＲＯＭ制御部１８はＥＥＰＲＯＭ２０への書き込みが可能になり、ＣＯ検出装置の調整時にのみ使用するスイッチである。リセットスイッチ２４はブザー３８の鳴動を停止させるためのスイッチである。
【００２５】
マイクロコンピュータ８には４ビットの算術論理演算ユニット２６があり、１５０秒周期でＣＯ検出装置を動作させるためのシーケンス制御部２８が存在し、シーケンス制御部２８はタイマを内蔵している。３０はＲＡＭで、揮発性メモリーとして用い、その構成を図２に示す。ＲＡＭ３０には、ＬnＲ0，ＬnＲ6，ＬnＲ69の３つの測定データと、これらに対する２濃度での基準信号が記憶されている。基準信号は常時は低濃度側の６５ppmと２００ppmを使用し、ガス濃度が２００ppmを越えると、６５ppmの基準信号を４００ppmの基準信号で置き換える。そしてガス濃度が２００ppm以下に低下すると、４００ppmの基準信号を６５ppmの基準信号で置き換える。ガスの検出範囲は５０〜６００ppmであり、５０〜６５ppmの範囲は、基準信号６５ppmに近い。また４００〜６００ppmの範囲は、基準信号の４００ppmに対して１.５倍の範囲であり、４００ppmの基準信号を用いてガス濃度を正確に求めることができる。これらの範囲を除くと、ＣＯが発生している場合、現実のＣＯ濃度の両側の基準信号を用いて、２つの基準信号間の補間によりガス濃度を決定する。
【００２６】
ＲＡＭ３０にはこれ以外に、求めたＣＯ濃度やＣＯ濃度から換算したＣＯＨｂ（血中のＣＯヘモグロビン濃度）やその他の補助信号（例えば１日単位でのタイマを構成するための時刻データ）等を記録する。
【００２７】
図１に戻り、３２は警報制御部で、駆動回路３６を介してＬＥＤ３９，４０を動作させ、血中ＣＯヘモグロビン濃度が例えば５％以上でブザー３８を鳴動させる。ブザー３８を鳴動させると、ＥＥＰＲＯＭ制御部１８はカード５４に警報の日付を書き込む。３４はプログラムメモリーであり、これ以外に温度補正に用いる様々な常数等のデータも記録させてある。なおこれらのデータは、センサＳが変わっても共通の固定データである。そしてセンサ毎のデータは全てＥＥＰＲＯＭ２０に記録させてある。４２はサーミスタで周囲温度を測定し、４４は温湿度補正部である。
【００２８】
【サンプリングと対数変換】
図４に１０個のセンサの平均の温度波形を示す。ＣＯ１００ppmの波形に実施例で用いたサンプリングポイントを○で示すと、１５０秒目，６秒目及び６９秒目でサンプリングを行う。センサの抵抗値はＣＯ３０ppm〜３００ppmの範囲で約１０倍変化し、また０秒目と６９秒目とでは抵抗値が約１０倍異なる。これ以外にセンサ抵抗のばらつきや周囲温湿度の変動等を加えると、ＡＤ変換の範囲は抵抗値で約０.５〜５００ＫΩとなる。そこでこの範囲でＡＤ変換ができるように、抵抗Ｒ１〜Ｒｎを０.５ＫΩ〜５１２ＫΩまで４倍ずつ６段階に変化させ、各サンプリングタイミングの直前に抵抗ラダーへの出力ＶRlを監視して、その値に応じて負荷抵抗を切り替える。ＶRlのＡＤ変換自体は１秒以内に行うことができ、その時の値に応じて各サンプリングポイントでどの抵抗を用いるかを決定すればよい。
【００２９】
図５は、別の１０個のセンサについて高温域の初期の温度波形を拡大して示したものである。雰囲気は０℃で相対湿度９６％，２０℃  ６５％，５０℃  ４０％，の３種類で、±２δ（δは標準偏差）の範囲と平均値とを示してある。ガス濃度はＣＯ１００ppmであるが、周囲の温度や湿度の変動により抵抗値は各タイミングで１０倍弱変化している。また０秒目と６秒目の抵抗値はほぼ等しく、例えば６秒目には０秒目と同じ負荷抵抗を用いても良い。しかし好ましくは例えば１４８秒目の信号で０秒目（もしくは高温域への移行前のサンプリングを確実にするため、１４９秒目）の抵抗値を決定し、５秒目の抵抗値から６秒目の負荷抵抗を決定する。同様に６８秒目の抵抗値から６９秒目の負荷抵抗を決定する。
【００３０】
図６にサンプリングのアルゴリズムを示す。時刻が１４８秒目に達すると、出力電圧をＡＤ変換し、この値が検出電圧Ｖc（ＶDDと同じ）の１／３〜２／３の範囲内にあることを確認する。この範囲では、センサ抵抗と負荷抵抗との抵抗値の比は２：１〜１：２の範囲内にある。出力電圧が正しければそのままで、正しくない場合には負荷抵抗を切り替え、この範囲に収まるようにする。次に０秒目に達すると出力電圧をＡＤ変換し、ＡＤ変換した出力電圧ＶRlを用いて式(1)により０秒目でのセンサ抵抗の対数を求める。同様に５秒に負荷抵抗の値が正しいかどうかをチェックし、６秒目のセンサ抵抗の対数を求める。さらに６８秒目でも負荷抵抗の値が正しいかどうかをチェックし、６９秒目でセンサ抵抗の対数を求める。
【００３１】
ＬnＲ＝２−４ＶRl／Ｖc＋ＬnＲl              (1)
式(1)のようにセンサ抵抗の対数を１次の項まで近似した場合、Ｒ／Ｒlが１で誤差が０、Ｒ／Ｒlが１／２または２で誤差は２％、Ｒ／Ｒlが１／３または３で誤差は１１％となる。実施例ではＣＯ濃度を±２０％以下の誤差で検出することを目的とするので、±１０％の誤差は大きすぎる。そこでセンサ抵抗と負荷抵抗との比を０秒目，６秒目，６９秒目の３点で２〜１／２の範囲に保つように抵抗ラダー５を制御する。
【００３２】
式(1)によるＶRlからセンサ抵抗の対数への変換は線形変換であり、極めて簡単な変換である。しかしこれに伴って６個の負荷抵抗が必要であった。負荷抵抗の数を例えば４個に減少させるには、Ｒ／Ｒlの範囲を４〜１／４、より好ましくはルート８〜１／ルート８の範囲に保つようにする。このためには３次の項までの変換が必要である。センサ抵抗の対数をＶRlで級数展開すると、２次の項は存在せず、３次の項までを加味したものが式(2)、(3)である。式(2)，(3)を用いた場合、Ｒ／Ｒlが１で変換誤差は０％、Ｒ／Ｒlが１／４または４で変換誤差は４％、Ｒlが１／３または３で変換誤差は２％である。そこで例えば抵抗Ｒ１〜Ｒｎの値を１６倍ずつ、より好ましくは８倍もしくは９倍ずつ変化させる。そして例えば抵抗Ｒ１〜Ｒｎの値を１ＫΩ，８ＫΩ，６４ＫΩ，５１２ＫΩの４種とする。このようにすれば０.５〜１ＭΩの範囲を２％以下の誤差で対数に変換することができる。
ＬnＲ＝２ｘ＋２／３×ｘ3＋ＬnＲl             (2)
ｘ＝１−２ＶRl／Ｖc                          (3)
【００３３】
【ガス検出装置の調整】
図１のガス検出装置の調整の手続を図７に示す。なおこの時調整スイッチ２３をオンし、ＥＥＰＲＯＭ２０への基準信号の書き込みを可能にしておく。ＣＯ検出装置を調整槽にセットするものとして説明すると、検出装置をセットした後、電源を投入して作動させる。そして例えば６５ppmのＣＯを注入する。するとマイクロコンピュータ８はＲＡＭ３０に書き込むために、ＬnＲ0，ＬnＲ6，ＬnＲ69を発生する。これをＥＥＰＲＯＭ２０のカード５１に記入させる。次いでＣＯ濃度を２００ppmに増加し、同様の手順を行う。さらにＣＯ濃度を４００ppmまで増加させる。このように所定の手順でＣＯ濃度を増加させれば、ＥＥＰＲＯＭ２０に基準信号を書き込むことができる。そしてこの結果、可変抵抗を調整して基準信号を記憶させる必要が無く、調整作業が簡単になる。
【００３４】
ここではＣＯ検出装置を調整槽にセットするものとしたが、センサＳのみをセットしても良い。そしてセンサＳの抵抗値を例えば１２ビット程度のＡＤコンバータでＡＤ変換し、パーソナルコンピュータ等に記録させ、これをＥＥＰＲＯＭ２０に書き込んでも良い。この場合にはセンサＳはＣＯ検出装置には組み込まれておらず、センサＳをＥＥＰＲＯＭ２０とセットにして取り扱い、これらを別途に組み立てたＣＯ検出装置に組み付ける。センサＳとＥＥＰＲＯＭ２０以外の部分は、通常の電子回路と全く同様に扱え、ガスセンサについて経験のないメーカーでもＣＯ検出装置を組み立てることができる。
【００３５】
【ガスセンサ信号のドリフト】
図８〜図１２にセンサ抵抗のドリフト特性を示す。これはＴＧＳ２０３の４５個のデータで、不良品（７個）や良品（２０個）、あるいは２年以上放置したサンプル（８個）、さらにはいったんＣＯ検出装置にセットした後に回収したサンプル（１０個）を含んでいる。各図の横軸は０秒目のセンサ抵抗を対数目盛りで示し、縦軸は６秒目（図８），１２秒目（図９），３０秒目（図１０），６０秒目（図１１），１２０秒目（図１２）のセンサ抵抗を同様に対数目盛りで示している。そして横軸が１は０秒目のＣＯ１００ppm中での基準信号（通電開始３日目）で、縦軸が１は６秒目等でのＣＯ１００ppmでの基準信号（通電開始３日目）である。図８〜図１２はＣＯ１００ppm中での通電開始３日目の基準信号で正規化してある。
【００３６】
図の各点は５週間の通電に伴う測定点を示し、４５個のＴＧＳ２０３を５週間使用すると、センサは２倍程度高低抵抗化してゆく。図８では、高抵抗化は６秒目等と０秒目との２次元位相空間で傾きが１の狭い直線上に集中している。この軸をドリフト軸と呼ぶことにする。なおＣＯ３０ppm中や３００ppm中でドリフト軸が明瞭でないのは、ＴＧＳ２０３の濃度依存性の分散のためである。即ち濃度依存性が均一でなく、ＣＯ３０ppm中や３００ppm中での初期点が１点に揃わないので、初期点の分散のためドリフト軸が不明瞭である。またＣＯ３０ppm，１００ppm，３００ppmの３点を結んだ直線をガス濃度軸と呼ぶことにする。そしてＴＧＳ２０３の初期の特性はこのガス濃度軸上にあり、使用と共にガス濃度軸はドリフト軸の方向に沿って平行移動していく。
【００３７】
図９でも同様のドリフト軸が見られるが、ドリフト軸の周囲の位相点の分布は広がり、これは０秒目の信号のドリフトと１２秒目の信号のドリフトの相関が、０−６秒目の場合に比べて弱いことを示している。図１０の３０−０秒目の特性では、ドリフト軸の周囲の分布はより広く、ＣＯ３００ppmでＣＯ１００ppmとの区別が難しい点が生じている。図１１の６０−０秒目の特性では、ＣＯ３００ppm中で最もドリフトしたものでは、ＣＯ１００ppmでの基準点にほぼ重なろうとしているものが存在する。図１２の１２０秒目−０秒目の特性では、０秒目の信号と１２０秒目の信号が酷似した信号であるため、ドリフト軸もガス濃度軸も共通で、かつ全ての位相点が１本の直線の周囲に集まっている。
【００３８】
これらのことからドリフト補正に用いることができるのは、高温域の初期の信号で例えば４〜２０秒目の信号、好ましくは５〜１５秒目の信号である。そして組み合わせる相手は低温域の後期の信号で、例えば９０〜１５０秒目，好ましくは１２０〜１５０秒目の信号である。図８〜図１１のいずれでもガス濃度軸とドリフト軸は斜交し、直交座標系でＣＯ濃度とドリフトとに対応する２軸を求めることができない。仮にドリフト軸と直交するガス濃度軸を求めることができるとすると、それはドリフトの影響を受けない軸が存在し、その軸上の座標はガス濃度のみで定まることを意味する。しかしながらこのような軸を見つけることはできなかった。
【００３９】
実施例ではセンサ抵抗の対数を用いるので、ガス濃度軸やドリフト軸は直線となる。しかしセンサ抵抗そのものを用いれば、ガス濃度軸は放物線に近い曲線軸となる。
【００４０】
【負の水素感度】
各図にはこれ以外にＣＯ１００ppmと水素３００ppmの混合ガスの挙動や、水素１０００ppm中での挙動を示した。図８から明らかなように、水素に対しては感度は僅かに負になっている。例えば図８のＣＯ１００ppm＋水素３００ppmの各点をドリフト軸に沿って平行移動させ、ガス濃度軸との交点を求めると、得られる濃度範囲はＣＯ８０ppm〜６０ppmである。一方ＣＯ１００ppm中での５週間の各点の分布は狭く、ドリフト軸に沿って平行移動させ、ガス濃度軸との交点を求めると、分布範囲はＣＯ８０〜１２０ppm程度となる。水素に対する感度が負になるのは、６秒目の信号の方が０秒目の信号よりも水素感度が高いためである。そこでこれを補正するため、０秒目と６９秒目の信号からなる位相空間を用いる。
【００４１】
この場合の同様の５週間の通電データを図１３に示す。図１３から明らかなように、水素が発生すると６９秒目の抵抗値は著しく減少し、ガス濃度軸から極端に離れた場所にある。そこでガス濃度軸から図１３の下方向に下降する距離をもって水素濃度を表す信号とする。
【００４２】
このような水素検出信号は正確なものではなく、図１３では斜交座標系を用いていない。しかし小さな負の水素感度の補正用なので、定量性のない水素検出信号でも用いることができる。そして水素感度の補正では、図８で僅かに負になっている水素感度を０に戻す、即ちＣＯのみに極めて選択的なＣＯ検出装置を設計する、あるいはＴＧＳ２０３の本来の特性のようにＣＯ対水素の相対感度を１０：１となるように補正する、の２通りが考えられる。これらのいずれを選ぶかは、ＣＯ検出装置の設計方針の問題である。
【００４３】
【ドリフト補正】
図１４にドリフト補正の原理を示す。図の実線はガス濃度軸、破線はドリフト軸である。そして６５ppm、２００ppm，４００ppmの３点での基準信号がＥＥＰＲＯＭ２０に記録されている。測定により、ＬnＲ0とＬnＲ6の２つの次元での位相空間上の点（ａ，ｂ）が定まる。またこの位相空間での各基準信号の座標を図１４のように定める。そして点（ａ，ｂ）からドリフト軸に沿って平行移動させ、ガス濃度軸との交点の座標を（ｅ，ｆ）とする。座標（ｅ，ｆ）が求まれば、ガス濃度軸上の位置からＣＯ濃度を求めることができる。そして座標（ａ，ｂ）から座標（ｅ，ｆ）への移動は、ドリフト軸に平行なガス濃度軸への射影である。
【００４４】
なお射影の手法は任意で、例えば図１４の位相空間上にＣＯ濃度を示すデータを書き込んで２次元のマップとし、マップ上の位置からＣＯ濃度を求めても良い。そしてマップが粗く各座標に直接対応するデータが無いことは、マップの各点間の補間で処理すれば良い。あるいは各基準点（ｌ，ｍ），（ｅ，ｆ），（ｑ，ｒ）からドリフト軸に平行な３本の線を引き、各線上にＣＯ濃度に対する補正値を書き込み、ガス濃度軸上では補正値は１とする。そしてドリフトによる高抵抗化を補正するように、補正値を定める。そして測定点を通るようにガス濃度軸を平行移動させ、両側の２つの補正線との交点を求め、各補正線での補正値を求めて補間する。このようにして求めた補正値で０秒目のセンサ抵抗の対数を補正し、ＣＯ濃度に換算する。これらの変形例では、射影の制限を補正線での補正値やマップの値に反映させることができ、射影への微細な操作が容易である。
【００４５】
【温湿度依存性】
図１６に別の１０個のＴＧＳ２０３について、ＣＯ１００ppm中での０℃，相対湿度約９６％と、２０℃相対湿度６５％との間の抵抗値の比を示す。横軸は温度変化でのタイミングである。温湿度依存性の大部分は０秒目と６秒目とのドリフト補正の副作用として補正される。
【００４６】
図１７に同じ１０個のＴＧＳ２０３について、ＣＯ１００ppm中での５０℃，相対湿度約４０％と、２０℃相対湿度６５％との間の抵抗値の比を示す。温湿度依存性の大部分は０秒目と６秒目とのドリフト補正の副作用として補正される。
【００４７】
【信号処理】
図１８〜図２３に、ＣＯ濃度の算出を示す。図１８はメインループを示し、最初に測定データから、ａ，ｂ，ｃの３つの変数を定義する。次に温度補正のサブルーチン（図１９）、ドリフト補正のサブルーチン（図２０），水素補正のサブルーチン（図２１）によりＣＯ濃度を求める。最後にＣＯ濃度から血中ＣＯヘモグロビン濃度ＣＯＨｂを求める。なおＣＯＨｂの初期値はリセット時には０としておく。この変換自体は既に周知で、ｋ２，ｋ３，ｋ４は定数で、ｋ４はここでは検出下限以下のＣＯ３０ppm程度に相当する値とし、ＣＯ濃度が３０ppm以下では検出を行わないようにする。
【００４８】
【温度補正サブルーチン】
図１９の温度補正サブルーチンでは、サーミスタ４２から周囲温度Ｔを求める。プログラムメモリー３４には、周囲温度からａ，ｂ，ｃに対する補正常数Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の参照表が用意され、これを読み出してａ，ｂ，ｃに加算する。
【００４９】
【ドリフト補正サブルーチン】
図２０にドリフト補正サブルーチンを示す。ドリフト軸の傾きは１で、（ｅ−ａ）と（ｆ−ｂ）は等しい。このため  ｆ＝ｅ＋（ｂ−ａ）  が成立する。そこでｅ，ｆの２つの未知数の１つを消去できる。次に、ｎ−ｐがａ−ｂ以上かどうかチェックする。この条件が不成立の場合、測定点は２００ppmからドリフト軸を延ばした際にドリフト軸の下側にあり、検出濃度は２００ppm以下である。次に点（ｅ，ｆ）は６５ppmと２００ppmの２つの基準信号で定まる線分を内分している。このことからｅ，ｆは６５ppmや２００ppmでの基準信号の座標ｎ，ｐ，ｑ，ｒと１つの関係式に拘束され、これらを用いて座標ｅを解くことができる。
【００５０】
求めたｅには射影の制限がなく、ガス濃度軸から極端に離れた点でも、ガス濃度軸の近傍でも同様に射影している。またガス濃度軸の上下で射影は対称である。これに対して、ガス濃度軸から高抵抗側へのドリフトが著しいほど、射影を制限してドリフトの一部のみを補正するようにすることが好ましい。またガス濃度軸から低抵抗側にドリフトした場合には、高抵抗側へのドリフトよりも補正を控え目にすることが好ましい。さらにＣＯ３０ppm程度でのドリフト軸の傾きは、１００ppm以上でのドリフト軸の傾きよりも僅かに大きく、濃度毎にドリフト軸の傾きを変えるのが好ましい。また３０ppmのＣＯは無害で検出対象に含まれず、このような低濃度域のＣＯに対してドリフト補正を行う必要が無い。そこで図２２に示すように、ガス濃度軸の上下で補正を非対称にし、かつガス濃度軸からの距離が増すとドリフトを部分的に補正することが好ましい。
【００５１】
マップを用いる場合やドリフト軸をＣＯ濃度毎に複数容易する場合は、上記の処理はマップ内のデータの操作やドリフト軸の傾きの操作で処理できる。しかし実施例では、ｅを求めた後にプログラムメモリー３４に記憶させた２次元の参照表で、上記の処理を行う。この参照表の見出しは（ｅ−ａ）とｅで、（ｅ−ａ）はガス濃度軸からの距離に比例する。また（ｅ−ａ）の符号は、ガス濃度軸の上下で反転する。ｅの値はＣＯ濃度を示し、低濃度域の処理か高濃度域の処理かはｅの値で判明する。そこで（ｅ−ａ）とｅに応じて、ｅの値を参照表から更新すれば、ガス濃度軸の上下で非対称で、ガス濃度軸からの距離の大きな領域で補正を控え目にし、低濃度域で補正を控え目にすることができる。ただし図２２に対応する処理は行わなくても良い。
【００５２】
値ｅが最終的に判明すると、６５ppmと２００ppm間の線分の内分比ｙを求める。ｙが０でＣＯ濃度が２００ppm、ｙが１でＣＯ濃度が６５ppmである。この間には約３倍のＣＯ濃度の変化があり、これをそのまま解くと、ｅｘｐ（ｙ）の級数展開で２次以上の項が必要になるので、６５ppmと２００ppmの中点を考え、これよりも２００ppm寄りでは、２００ppmの濃度を元に級数展開し、これよりも６５ppm寄りでは６５ppmの濃度を元に級数展開する。このようにすれば
ｅｘｐ（ｙ）＝１＋ｙ  と近似しても、ほとんど近似誤差は生じない。このようにして水素濃度の補正前のＣＯ濃度が定まる。
【００５３】
さて求めた位相点がＣＯ２００ppmを通るドリフト軸よりも上側にある場合、ＣＯ濃度は２００ppmを越えている。そこでこの場合ＥＥＰＲＯＭ２０にアクセスし、ＣＯ４００ppmの基準信号を読み出す。以下同様にしてＣＯ濃度を求める。この場合の処理はＣＯ６５ppmと２００ppmの２つの基準信号を用いた場合の処理と同様で、ＣＯ６５ppmの基準信号の代わりにＣＯ４００ppmの基準信号を用いればよい。
【００５４】
温湿度依存性には図２３のようなガス濃度依存性があり、低濃度域と高濃度域とでは温湿度依存性が異なる。しかし温湿度補正サブルーチンの段階ではＣＯ濃度は不明である。そこでＣＯ濃度を仮に求めた後に、周囲温度Ｔと仮に求めたＣＯ濃度とからプログラムメモリー３４に記憶させた２次元の参照表を用い、ＣＯ濃度を再補正する。これは温湿度依存性のＣＯ濃度依存性を無視して１次近似し、求めた仮のＣＯ濃度を用いて温湿度依存性のＣＯ濃度依存性を再補正する手法である。参照表には仮のＣＯ濃度と周囲温度とを見出しとしてＣＯ濃度の増減量を記憶させ、この値を加えて再度ＣＯ濃度を求める。図２３に対応する処理は省略可能である。
【００５５】
【水素補正サブルーチン】
ＣＯ濃度が求まると水素補正を施す。その処理を図２１に、その原理を図１５に示す。０秒目の抵抗値の対数と６９秒目の抵抗値の対数で定まる２次元位相空間において、測定点の座標が（ａ，ｃ）であるとする。これを６５ppm，２００ppm，４００ppmのガス濃度軸へ図１５の垂直上方に移動させた際の交点を（ａ，ｇ）とする。そしてｇとｃとの差をｈとし、ｈによって水素濃度が定まるものとする。この場合ａの値がｎを越えるか否かから、基準信号として４００ppmの信号を用いる必要があるか否かを判別し、ａがｎ以下の場合、ＥＥＰＲＯＭ２０にアクセスして４００ppmの基準信号を読み出す。そして点（ａ，ｇ）が２００ppmの基準信号と４００ppmの基準信号を結ぶ線分上にあることから、座標ｇについて１つの式が発生し、これからｇを求めることができる。ｇが求まればｈが求まり、例えばｋ１を適当な正の定数として、図１２のメインループで求めたＣＯ濃度にｋ１×ｈを加算する。ここでの加算の基準としては、例えばＣＯ検出装置の水素濃度依存性が０となるようにする、あるいはＣＯ対水素の相対感度が１０：１等の適当な値となるようにする。ａがｎよりも大きい場合、即ち図１５で求めた座標点（ａ，ｃ）が２００ppmの基準信号よりも右側にある場合、６５ppmと２００ppmの基準信号を用いる。そして前記と同様にしてｈを求め、水素濃度の補正を行う。
【００５６】
【変形例】
図２４にフーリエ変換を用いる場合の処理を示す。温度変化の過程でのセンサ信号の対数をフーリエ変換し、その内目標ガス濃度と相関の高い成分を選び出す。この成分とはドリフトや温湿度依存性，妨害ガス等のノイズに関して相関が高く、かつ目標ガスへの依存性が少ない成分を選び出す。このようにしてフーリエ変換成分に関し２次元の位相空間を求めると、例えば図２４のようになる。ここでもガス濃度軸やノイズ軸は直交せず、２次元斜交座標系として扱うと、実施例と同様にノイズを補正して、高精度に目標ガス濃度を算出できる。
【００５７】
【センサ温度】
参考のため図２５に、実施例で用いたガスセンサの温度が、高温域と低温域の間でどのように変化するかを示す。
【００５８】
【最適実施例】
図２６以降に最適実施例を示す。用いたガスセンサはＴＧＳ２０３で、データは４０個〜６０個のセンサの平均値で、上下にマークを施している場合、データ分布の最大値と最小値とを示す。ガス検出装置の構造等は前記の実施例と共通なので、相違点のみを説明する。
【００５９】
図２６に最適実施例の原理を示すと、横軸はＬnＲ0（０秒目の抵抗値の対数）で、縦軸はＬnＲ6（６秒目の抵抗値の対数）である。ここで一定の雰囲気でガス濃度を変化させると、位相空間上のガス濃度軸が得られる。一定の雰囲気としては例えば２０℃，相対湿度４０％等を用いる。またガス濃度は例えばＣＯ３０〜６００ppm等の範囲を用いる。そしてＬnＲ0とＬnＲ6は２次元の位相空間をなし、このような位相空間に代えて、縦軸及び横軸をそれぞれ複数のセンサ信号の線形結合等の軸としても良く、要はガスセンサの温度波形を用いて定めた位相空間であればよい。さてセンサの状態が最初の状態から変化せず、水素等の干渉ガスが存在せず、かつ周囲温度や周囲湿度等が変化しなければ、センサ信号はガス濃度軸上を移動するのみである。ここにドリフトあるいは湿度の変化等の外乱要因が加わると、位相点が図の○のようにガス濃度軸からシフトする。このシフトの大きさＫあるいはＫ’は外乱の大きさを示し、図２６の場合、ガス濃度軸よりも上側に位相点があることは、ドリフトにより高抵抗化した、あるいは相対湿度の低下により高抵抗化したことを示し、ガス濃度軸よりも下側にあることは、ドリフトがさらに進行して低抵抗化が生じた、あるいは相対湿度が増加して低抵抗化した等のことを示す。従ってガス濃度軸の上側と下側とでは補正の方向は逆向きであり、かつガス濃度軸からの距離と補正の大きさとはガス濃度軸の上側と下側とで異ならせるのが好ましく、実施例ではガス濃度軸の上側で比較的強い補正を行い、ガス濃度軸の下側では比較的弱い補正を行う。
【００６０】
このようにすると、補正はガスセンサの温度変化を用いて位相空間を定めることが第１ステップとなる。そしてこの位相空間には、温度波形上の異なる２つのタイミングでの信号を用いて２次元の空間とするもの、あるいはより複数の点を用いてより高次の次元とするもの、あるいは個々の次元に複数のタイミングのセンサ信号の線形結合等を用いるもの、あるいは個々の次元として温度波形のフーリエ変換を用いるもの等となる。
【００６１】
このような位相空間には、雰囲気を一定として、例えば常温常湿付近で、ガス濃度を変化させた際のガス濃度軸が存在する。そしてガス濃度軸からのずれは、ガスセンサの状態への外乱の強さを示し、補正の大小はガス濃度軸からの距離で定まり、かつガス濃度軸からどの方向に離れるか（図の場合、上側か下側か）により、補正の大きさを変えればよい。
【００６２】
先の実施例の相違点として、補正を連続的ではなく、ディスクリートに行うことがある。先の実施例では±２０％の精度でＣＯを検出することを目的としたが、このような精度はＣＯアラームとしてはオーバースペックである。そこで後述の補正常数Ｌの値として、０.７（高湿），１（無補正），１.４（やや低湿），２（低湿），３（低湿かつドリフト進行）を用い、ＣＯ濃度を４０％ずつ補正する。この補正では相対湿度の補正を優先し、ドリフトに対してはその１／２程度を補正するように常数Ｌを定めた。
【００６３】
図２７〜図２９に、２５℃，４０％ＲＨから２５℃，１５％ＲＨへの湿度の低下に伴う、抵抗値の変化の相関を示す。図２７はＣＯ３０ppmの結果で、図２８は１００ppmの結果で、図２９は３００ppmの結果であり、サンプル数は４０個である。これらの結果は、０秒目（ＬnＲ0）の湿度依存性と、これ以外のタイミングでの湿度依存性の相関として示してある。図から明らかなように、９０〜１５０秒の低温域安定期では湿度依存性の相関は極めて高いが、元々これらの信号は同質の信号であり、補正には用い難い。高温域初期の例えばＬnＲ6では、８０〜９０％の相関が得られ、高温域の安定期へ向けて相関係数は低下する。このことから、ＬnＲ0とＬnＲ6とを組み合わせれば、相対湿度依存性を補正し得ることが分かる。図３０〜図３２に、２５℃，４０％ＲＨと２５℃，９５％ＲＨの間での相対湿度依存性の相関を示す。信号の特徴は図２７〜図２９と類似である。
【００６４】
図３３に、図２７〜図３２の結果をスキャッタリングチャートとしてまとめたものを示す。勾配の小さな３つの直線は、一定の温湿度条件でガス濃度を変化させた際のラインでガス濃度軸に対応し、勾配の大きなラインはガス濃度を一定にして湿度を変化させた際のライン（湿度軸）である。そして図の破線はドリフトの際のラインで、湿度軸とドリフト軸は類似であるが傾きがやや異なっている。
【００６５】
図３３に最適実施例でのデータの流れを示す。ＥＥＰＲＯＭ２０にはＣＯ３０ppm，７０ppm，１５０ppm，４００ppmでのＬnＲ0の値（Ａ30−Ａ400）と、同じ濃度での６秒目のデータＬnＲ6の値（Ｂ30−Ｂ400）を記憶させてある。そして０秒目のセンサ抵抗の対数の実測値をＸとし、６秒目のセンサ抵抗の対数の実測値をＹとする。Ｘが得られれば、Ａ30−Ａ400を用いて、無補正のＣＯ濃度［ＣＯＡ］が得られる。Ａ30−Ａ400とＢ30−Ｂ400は図２７でのガス濃度軸を定め、ＸとＹが得られれば、ガス濃度軸からの距離Ｋが得られ、参照表によりガス濃度の補正信号Ｌを求める。なお周囲温度の変化を考慮する場合、サーミスタ信号Ｔを参照表に入力し、この参照表を見出しがＫとＴの２次元の表とすればよい。但し実施例では簡単のため、サーミスタ信号Ｔの処理を省略する。得られた補正常数Ｌを無補正のＣＯ濃度［ＣＯＡ］と掛け算し、その積の［ＣＯＢ］を出力ＣＯ濃度とする。
【００６６】
図３５にＥＥＰＲＯＭ２０での記憶データ（キャリブレーションデータ）の構成を示す。図３６にマイクロコンピュータ８のＲＡＭ３０のデータ構成を示す。そして変数の意味を表１に示す。
【００６７】
【表１】
ＬnＲｓ０＝Ｘ：０秒目のセンサ信号
ＬnＲｓ６＝Ｙ：６秒目のセンサ信号
Ａ30−Ａ400：ＣＯ３０ppm，７０ppm、１５０ppm，４００ppm中でのキャリブレーション時の０秒目のセンサ信号
Ｂ30−Ｂ400：ＣＯ３０ppm，７０ppm、１５０ppm，４００ppm中でのキャリブレーション時の６秒目のセンサ信号
［ＣＯＡ］：温度補正と湿度補正前のＣＯ濃度
［ＣＯＢ］：湿度補正後のＣＯ濃度
Ｆ：ＡiとＡi+1の内分あるいは外分係数で、Ａi，Ａi+1はＸに最も近い２つの値をＡ30−Ａ400から選択する。
Ｊ：フラグ値
Ｂ：６秒目の比較用の標準信号で、        Ｂ＝（１−Ｆ）・Ｂi＋Ｆ・Ｂi+1
であり、ｉとｉ＋１はＡiとＡi+1と同様に定める。
Ｋ：比較常数で、                        Ｋ＝Ｙ−Ｂ
＊１：標準データはＥＥＰＲＯＭに記憶
＊２：参照表を拡張し、サーミスタ信号による温度補正を加えても良い。
【００６８】
図３７，３８にセンサ信号の処理を示す。抵抗ラダー５の値を例えばＲs／ＲLが１／３以上で３以下となるように切り替えながら、０秒目のセンサ出力ＶRL0，６秒目のセンサ出力ＶRL6，６９秒目のセンサ出力ＶRL69をサンプリングする。これらを用いてＸとＹの値を求め、無補正でのＣＯ濃度が７０ppm以下（Ｊ＝０）か、７０〜１５０ppm（Ｊ＝１）か、１５０ppm以上（Ｊ＝２）とに区別し、内分係数Ｆと無補正のＣＯ濃度［ＣＯＡ］を求める。次いで求めた内分係数を用いて、（Ｘ，Ｙ）がガス濃度軸上にあるとした際のＬnＲ6に対応する値Ｂを求める。そして実際の６秒目の抵抗値ＹとＢの差をＫとし、Ｋの大小に応じて補正を加える。ここで水素が存在する場合と水素が存在していない場合とで処理を変え、水素が存在していない場合、Ｋの値を用いて参照表から補正常数Ｌを取り出す。参照表にはこれ以外に、マルファンクション用の値Ｍが書き込まれており、これはＫの絶対値が極端に大きい場合に有意の値（０以外の値）となる。また水素を検出した場合には、マルファンクションの検出は行わず、補正を打ち切って、Ｌの値を強制的に１とする。次いで無補正のＣＯ濃度［ＣＯＡ］にＬを乗算して補正後のＣＯ濃度［ＣＯＢ］を求める。さらにＭの値が０でなければ、マルファンクションに関する変数Ｎを１加算する。こうして補正後のＣＯ濃度［ＣＯＢ］が検出いき値を越えている場合ＣＯの警報を行い、Ｎを０にリセットする。一方ＣＯの警報条件を満たしていない場合、ＮがマルファンクションのスレッシュホールドＮ１以上で、マルファンクションの警報（ＬＥＤ３９，４０を交互に点滅）を行う。さらに６９秒目のセンサ抵抗の対数が０秒目のセンサ抵抗の対数よりも１.４以上大きくない場合、Ｑの値を１として水素が存在するものとする。これらのステップを１５０秒周期で繰り返す。
【００６９】
図３７，３８の処理による結果を図４０に示す。図３９はこのための生データで、［ＣＯＡ］の値を表示し、図４０は図３９のデータに対応する補正後のＣＯ濃度［ＣＯＢ］を表示する。センサ数は６０個で、各濃度のデータの上下のマークは出力分布の最大値と最小値である。最適実施例では、相対湿度依存性を平均値の挙動においてほぼ解消している。
【００７０】
図３７，３８の処理を行った際の、約１年間の５７個のセンサの特性を示す。図４１は［ＣＯＡ］に相当するものを示し、図４２は補正後の信号［ＣＯＢ］の挙動を示す。センサの出力はＣＯ６５ppm、２００ppm、４００ppmの３濃度で測定し、最初の３０日間は使用しないで放置し、その後約３００日間日本の室内において自然大気中で使用した。図３７，３８では、［ＣＯＢ］を４０％刻みで補正し、また補正常数Ｌを湿度依存性に合わせて選んでいるため、ドリフトは約その１／２のみを補正するように設計してある。図４２から、１年間に渡りドリフトの振幅を約１／２に圧縮できたことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】    実施例のガス検出装置のブロック図
【図２】    実施例のガス検出装置でのＲＡＭの構成を示す図
【図３】    実施例のガス検出装置でのＥＥＰＲＯＭの構成を示す図
【図４】    実施例で用いたガスセンサの抵抗値の波形を示す特性図
【図５】    実施例で用いたガスセンサの高温域初期の抵抗値波形を示す特性図
【図６】    実施例のガス検出装置での、サンプリングアルゴリズムを示すフローチャート
【図７】    実施例のガス検出装置での、調整アルゴリズムを示すフローチャート
【図８】    実施例での０−６秒平面でのドリフト特性を示す特性図
【図９】    実施例での０−１２秒平面でのドリフト特性を示す特性図
【図１０】  実施例での０−３０秒平面でのドリフト特性を示す特性図
【図１１】  実施例での０−６０秒平面でのドリフト特性を示す特性図
【図１２】  実施例での０−１２０秒平面でのドリフト特性を示す特性図
【図１３】  実施例での０−６９秒平面でのドリフト特性を示す特性図
【図１４】  実施例でのＣＯ濃度の算出機構を示す特性図
【図１５】  実施例での水素補正を示す特性図
【図１６】  ガスセンサの２０℃−６５％ＲＨと０℃間の温湿度依存性を示す特性図
【図１７】  ガスセンサの２０℃−６５％ＲＨと５０℃−４０％ＲＨ間の温湿度依存性を示す特性図
【図１８】  実施例での、メインプログラムを示すフローチャート
【図１９】  実施例での、温湿度補正を示すフローチャート
【図２０】  実施例での、ドリフト補正を示すフローチャート
【図２１】  実施例のガス検出装置での、共存水素への補正を示すフローチャート
【図２２】  実施例でのドリフト補正の詳細を示す特性図
【図２３】  実施例での温湿度補正の詳細を示す特性図
【図２４】  フーリエ変換を用いた変形例での斜交座標系２次元位相空間を示す特性図
【図２５】  実施例で用いたガスセンサの動作周期とセンサ温度との関係を示す特性図
【図２６】  最適実施例の動作原理を示す特性図
【図２７】  実施例で用いたガスセンサの、相対湿度依存性に関する相関を示す特性図で、ガス濃度はＣＯ３０ppmで、雰囲気は２５℃，４０％ＲＨと２５℃，１５％ＲＨで、０秒目の湿度依存性に対する各タイミングでの湿度依存性の相関を示す。
【図２８】  実施例で用いたガスセンサの、相対湿度依存性に関する相関を示す特性図で、ガス濃度はＣＯ１００pmで、雰囲気は２５℃，４０％ＲＨと２５℃，１５％ＲＨで、０秒目の湿度依存性に対する各タイミングでの湿度依存性の相関を示す。
【図２９】  実施例で用いたガスセンサの、相対湿度依存性に関する相関を示す特性図で、ガス濃度はＣＯ３００ppmで、雰囲気は２５℃，４０％ＲＨと２５℃，１５％ＲＨで、０秒目の湿度依存性に対する各タイミングでの湿度依存性の相関を示す。
【図３０】  実施例で用いたガスセンサの、相対湿度依存性の相関を示す図で、ガス濃度はＣＯ３０ppm，雰囲気は２５℃，４０％ＲＨと２５℃，９５％ＲＨで、０秒目の湿度依存性と各タイミングでの湿度依存性の相関を示す。
【図３１】  実施例で用いたガスセンサの、相対湿度依存性の相関を示す図で、ガス濃度はＣＯ１００ppm，雰囲気は２５℃，４０％ＲＨと２５℃，９５％ＲＨで、０秒目の湿度依存性と各タイミングでの湿度依存性の相関を示す。
【図３２】  実施例で用いたガスセンサの、相対湿度依存性の相関を示す図で、ガス濃度はＣＯ３００ppm，雰囲気は２５℃，４０％ＲＨと２５℃，９５％ＲＨで、０秒目の湿度依存性と各タイミングでの湿度依存性の相関を示す。
【図３３】  実施例で用いたガスセンサの相対湿度依存性を示す散布図で、２５℃で相対湿度を１５％ＲＨ，４０％ＲＨ，９５％ＲＨの３種類に変化させた際の、ＣＯ３０ppm，ＣＯ１００ppm，ＣＯ３００ppmでの出力の分布を示し、サンプル数は４０個である。
【図３４】  最適実施例でのデータの流れを示す図。
【図３５】  最適実施例でのＥＥＰＲＯＭのデータ内容を示す図。
【図３６】  最適実施例でのマイクロコンピュータのＲＡＭデータを示す図。
【図３７】  最適実施例での動作フローチャートで、ガス濃度軸からの距離Ｋまでの算出を示す。
【図３８】  最適実施例での動作フローチャートで、補正常数Ｌの算出及びマルファンクションアラームと水素の検出を示す。
【図３９】  実施例で用いたガスセンサの相対湿度依存性を示し、縦軸は出力ガス濃度で、サンプル数は６０である。
【図４０】  最適実施例での相対湿度依存性を示す特性図で、縦軸は出力ガス濃度を示し、サンプル数は６０である。
【図４１】  実施例で用いたガスセンサの約１年間の特性図で、縦軸は出力ガス濃度を示し、最初の１ヶ月間放置した後に使用を開始し、サンプル数は５７個である。
【図４２】  最適実施例での約１年間の特性図で、図４１のデータを最適実施例によって補正した結果を示す。
【符号の説明】
２            金属酸化物半導体
４            直流電源
５            抵抗ラダー
８，４８      マイクロコンピュータ
１０            バス
１２            ＡＤコンバータ
１４            抵抗ラダー制御部
１６            ヒータ制御部
１８            ＥＥＰＲＯＭ制御部
２０            ＥＥＰＲＯＭ
２２            入出力
２３            調整スイッチ
２４            リセットスイッチ
２６            算術論理演算ユニット
２８            シーケンス制御部
３０            ＲＡＭ
３２            警報制御部
３４            プログラムメモリー
３６            駆動回路
３８            ブザー
３９，４０      ＬＥＤ
５１〜５４      カード
４２            サーミスタ
４４            温湿度補正部
Ｓ            金属酸化物半導体ガスセンサ
ｈ１，ｈ２      ヒータ
Ｔ１，Ｔ２      トランジスタ
Ｒ１〜Ｒｎ      抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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