(57)【要約】      （修正有）【課題】人の呼気中の特定ガス濃度を検出するにあたり、検出精度の低下を抑制できるガス濃度検出装置を提供する。【解決手段】アルコール濃度検出装置は、制御部で実行されるアルコール濃度検出処理において、呼気が導入されたと判定された時点ｔ４）から濃度検出時間が経過するまでｔ５の期間に算出される差分値ΔＢｉｔのうち、ピーク値である差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘに基づいて、アルコール濃度を演算する。呼気が導入されたと判定された時点から濃度検出時間が経過するまでの期間にアルコール濃度を演算することで、人の呼気のように持続時間の短い一過性のガスであっても、アルコール検出が可能となり検出精度の低下を抑制できる。【選択図】図２
2016003998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼気中の特定ガス濃度の変化に応じて抵抗値が変化するセンサ素子を含む検出回路と、
前記検出回路から出力されるセンサ出力値を取得し、前記センサ出力値に基づいて前記特定ガス濃度を算出する制御部と、
を備えるガス濃度検出装置であって、
前記制御部は、
前記特定ガス濃度の測定開始を示す測定開始信号を受信したか否かを判定する開始信号判定部と、
前記測定開始信号を受信した後、前記検出回路を介して取得される前記センサ出力値の取得タイミングに合わせて、前記センサ出力値に応じて変化する基準値を演算する基準値演算部と、
取得された前記センサ出力値の最新の値である最新出力値と、該最新出力値に基づき演算された前記基準値と、の差分値を算出する差分値算出部と、
前記差分値と予め定められた呼気検出範囲とを比較し、前記差分値が前記呼気検出範囲に含まれる場合に呼気が導入されたと判定する呼気導入判定部と、
前記呼気導入判定部にて呼気が導入されたと判定された時点から予め定められた濃度検出時間が経過するまでの期間に算出される前記差分値のピーク値に基づいて、前記特定ガス濃度を演算する濃度演算部と、
を有することを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス濃度検出装置であって、
前記検出回路は、前記センサ素子の抵抗値に応じて、自身の回路条件および駆動条件のうち少なくとも一方が変更可能に構成されており、
前記制御部は、
前記検出回路の前記回路条件および前記駆動条件のうち少なくとも一方を変更することで前記センサ出力値を変化させる変更指示部と、
前記変更指示部による前記検出回路の前記回路条件および前記駆動条件のうち少なくとも一方の変更によって、前記センサ出力値が所定範囲内の値に制御された場合に、前記開始信号判定部における前記測定開始信号の受信を許可する受信許可部と、を有する、
ことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガス濃度検出装置であって、
前記測定開始信号の受信時から予め定められた待機時間が経過するまでの期間中、前記差分値が前記呼気検出範囲に含まれない場合には、特定ガス濃度の演算を中断する演算中断部を備える、
ことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のガス濃度検出装置であって、
前記開始信号判定部は、外部の通信端末より送信される前記測定開始信号を受信する構成であり、
前記制御部は、さらに、前記濃度演算部にて演算された前記特定ガス濃度を示す濃度信号を前記通信端末に出力する濃度信号出力部を有する、
ことを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載のガス濃度検出装置であって、
前記濃度演算部は、前記差分値のピーク値と前記特定ガス濃度との間の相関関係を示すように予め設定した演算式またはマップを用いて、前記差分値のピーク値に対応する前記特定ガス濃度を算出する、
ことを特徴とするガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気中の特定ガス濃度の変化に応じて抵抗値が変化するセンサ素子を含む検出回路と、検出回路から出力されるセンサ出力値を取得し、センサ出力値に基づいて特定ガス濃度を算出する制御部と、を備えるガス濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス濃度検出装置としては、酸化物半導体を備えるセンサ素子を周期的に温度変化させ、温度変化に対する応答波形のパラメータを用いてガス種を決定する装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３１１１７０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、上記従来の装置では、センサ素子の温度を周期的に変化させる構成であるため、特定ガス（例えば、アルコール）を含有する被測定ガスが持続時間の短い一過性のガスである場合には、特定ガスの検出精度が低下する虞がある。
【０００５】
とりわけ、人の呼気は持続時間が短い一過性のガスであり、人の呼気中の特定ガス（例えば、アルコール）の濃度を検出する用途に上記従来の装置を用いた場合には、検出精度が低下する可能性が高くなる。
【０００６】
そこで、呼気中の特定ガス濃度を検出するにあたり、検出精度の低下を抑制できるガス濃度検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、呼気中の特定ガス濃度の変化に応じて抵抗値が変化するセンサ素子を含む検出回路と、検出回路から出力されるセンサ出力値を取得し、センサ出力値に基づいて前記特定ガス濃度を算出する制御部と、を備えるガス濃度検出装置であって、制御部は、開始信号判定部と、基準値演算部と、差分値算出部と、呼気導入判定部と、濃度演算部と、を有する。
【０００８】
開始信号判定部は、特定ガス濃度の測定開始を示す測定開始信号を受信したか否かを判定する。基準値演算部は、測定開始信号を受信した後、検出回路を介して取得されるセンサ出力値の取得タイミングに合わせて、センサ出力値に応じて変化する基準値を演算する。
【０００９】
差分値算出部は、取得されたセンサ出力値の最新の値である最新出力値と、該最新出力値に基づき演算された基準値と、の差分値を算出する。呼気導入判定部は、差分値と予め定められた呼気検出範囲とを比較し、差分値が呼気検出範囲に含まれる場合に呼気が導入されたと判定する。
【００１０】
濃度演算部は、呼気導入判定部にて呼気が導入されたと判定された時点から予め定められた濃度検出時間が経過するまでの期間に算出される差分値のピーク値に基づいて、特定ガス濃度を演算する。
【００１１】
センサ素子の抵抗値は、特定ガス濃度の変化のみならず、呼気が吹き付けられたことによっても抵抗値が変化するため、上記のように算出される差分値は、特定ガス濃度の変化のみならず、呼気が吹き付けられたことによっても変化する。
【００１２】
このため、呼気が吹き付けられた場合に差分値が示す値を実際の測定データなどに基づいて収集し、呼気の導入を判定するための呼気検出範囲を予め定めておくことで、呼気導入判定部において、差分値と呼気検出範囲との比較結果に基づいて、呼気が導入されたか否かを判定することができる。
【００１３】
さらに、差分値は、呼気中の特定ガス濃度によっても変化しており、例えば、呼気導入判定部にて呼気が導入されたと判定された時点から濃度検出時間が経過するまでの期間に算出される差分値のピーク値に基づいて、特定ガス濃度を演算することができる。例えば、呼気中の特定ガス濃度（実際の特定ガスの濃度）と差分値のピーク値との相関関係を予め収集しておき、その相関関係に基づき定められた演算式やマップなどを用いることで、差分値のピーク値に対応する特定ガス濃度を演算することができる。
【００１４】
つまり、濃度演算部は、上記の相関関係に基づき定められた演算式やマップなどを用いることで、差分値のピーク値に基づいて特定ガス濃度を演算することができる。
このように、呼気が導入されたと判定された時点から濃度検出時間が経過するまでの期間に特定ガス濃度を演算することで、人の呼気といった持続時間の短い一過性のガスであっても、簡易な処理のもと、特定ガスの濃度検出が可能となる。
【００１５】
よって、本発明のガス濃度検出装置によれば、呼気中の特定ガス濃度を検出するにあたり、検出精度の低下を抑制できる。
なお、開始信号判定部は、例えば、被験者が操作する開始スイッチから送信される信号を測定開始信号として受信する構成を採ることができる。
【００１６】
次に、上記のガス濃度検出装置においては、検出回路は、センサ素子の抵抗値に応じて、自身の回路条件および駆動条件のうち少なくとも一方が変更可能に構成されてもよい。制御部は、変更指示部と、受信許可部と、を有しても良い。
【００１７】
変更指示部は、検出回路の回路条件および駆動条件のうち少なくとも一方を変更することでセンサ出力値を変化させる。受信許可部は、変更指示部による検出回路の回路条件および駆動条件のうち少なくとも一方の変更によって、センサ出力値が所定範囲内の値に制御された場合に、開始信号判定部における測定開始信号の受信を許可する。
【００１８】
このように、センサ出力値が所定範囲内の値に制御された場合に、測定開始信号の受信を許可する構成であれば、特定ガス濃度の検出開始時におけるセンサ出力値を常に一定範囲内に制御できる。つまり、特定ガス濃度の検出開始時におけるセンサ出力値が、検出開始タイミング毎に大きく変動することを抑制できる。
【００１９】
このような構成を採ることで、特定ガス濃度の演算にあたり、特定ガス濃度の検出開始時におけるセンサ出力値の変動に起因して演算誤差が発生することを抑制できる。
したがって、本発明によれば、呼気中の特定ガス濃度を検出するにあたり、特定ガス濃度の演算誤差を抑制できるため、検出精度の低下をより抑制できる。
【００２０】
次に、上記のガス濃度検出装置においては、測定開始信号の受信時から予め定められた待機時間が経過するまでの期間中、差分値が呼気検出範囲に含まれない場合には、特定ガス濃度の演算を中断する演算中断部を備えてもよい。
【００２１】
これにより、測定開始信号を受信した後、センサ素子に対して呼気が吹き付けられない状態が継続して、特定ガス濃度の演算処理が進行しない場合には、特定ガス濃度の演算を中断することができる。
【００２２】
このように、演算中断部を備えることで、呼気の吹き付け（導入）を待つ待機状態が無駄に継続されることを抑制でき、ガス濃度検出装置の装置全体としての無駄な電力消費を抑制できる。
【００２３】
次に、上記のガス濃度検出装置においては、開始信号判定部は、外部の通信端末より送信される測定開始信号を受信する構成であってもよく、制御部は、さらに、濃度演算部にて演算された特定ガス濃度を示す濃度信号を通信端末に出力する濃度信号出力部を有してもよい。
【００２４】
これにより、外部の通信端末を介して遠隔地との間で通信が可能となり、遠隔地からの指令に基づいて特定ガス濃度の検出を開始し、検出結果を遠隔地に対して送信することが可能となる。
【００２５】
次に、上記のガス濃度検出装置においては、濃度演算部は、差分値のピーク値と特定ガス濃度との間の相関関係を示すように予め設定した演算式またはマップを用いて、差分値のピーク値に対応する特定ガス濃度を算出してもよい。
【００２６】
上述のように、差分値は、呼気中の特定ガス濃度によっても変化しており、差分値のピーク値に基づいて、特定ガス濃度を演算することができる。
このため、呼気の特定ガス濃度（実際の特定ガス濃度）と差分値のピーク値との相関関係を予め収集しておき、その相関関係に基づき予め設定した演算式またはマップを用いることで、差分値のピーク値に対応する特定ガス濃度を演算することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、人の呼気中の特定ガス濃度を検出するにあたり、検出精度の低下を抑制できるガス濃度検出装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ガス濃度検出装置（アルコール濃度検出装置）の概略構成を示す構成図である。
【図２】ガス濃度検出装置（アルコール濃度検出装置）の各部の状態を表したタイミングチャートである。
【図３】制御部で実行されるアルコール濃度検出処理の一部の処理内容を表すフローチャートである。
【図４】制御部で実行されるアルコール濃度検出処理の一部の処理内容を表すフローチャートである。
【図５】センサ出力値Ｓ（ｎ）および基準値Ｂ（ｎ）のそれぞれの波形の一例を示す説明図である。
【図６】アルコール濃度と差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘとの相関関係の一例を示す説明図である。
【図７】第２検出回路の概略構成を示す構成図である。
【図８】第３検出回路の概略構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
なお、以下に示す実施形態では、車両運転者のアルコール検査（飲酒検査）などに用いられるアルコール濃度検出装置１を例に挙げる。
【００３０】
［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、ガス濃度検出装置の一形態であり、特定ガスの濃度としてアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出装置１の概略構成を示す構成図である。
【００３１】
本実施形態のアルコール濃度検出装置１は、制御部１１と、アルコール検出素子１３を有する検出回路１５と、入出力部１７と、ヒータ１９と、を備えている。
なお、アルコール濃度検出装置１は、図示しない呼気吹込口から呼気を装置内部に導入可能に構成されるとともに、呼気吹込口から導入された呼気がアルコール検出素子１３まで取り込まれる（吹き付けられる）ように構成されている。
【００３２】
また、アルコール濃度検出装置１は、外部の通信端末４１（スマートフォン、パーソナルコンピュータなど）との間で相互通信が可能に構成されている。アルコール濃度検出装置１は、通信端末４１を介して遠隔地との間で通信が可能となることで、遠隔地からの指令に基づいてアルコール濃度の検出を開始することや、検出結果を遠隔地に対して送信することができる。なお、アルコール濃度検出装置１と通信端末４１との接続形態は、特に限定されることはなく、無線接続（赤外線通信など）や有線接続（ケーブル接続など）など任意の接続形態を採ることができる。
【００３３】
制御部１１は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，Ａ／Ｄ変換部，Ｄ／Ａ変換部などを有するマイクロコンピュータを備えて構成されており、検出回路１５を用いたアルコール検出に関する各種制御処理を行うものである。
【００３４】
制御部１１は、検出回路１５に対して、電圧値が０［Ｖ］および５［Ｖ］のいずれかに交互に変化するパルス信号Ｓｐ（ＰＷＭ信号）を出力可能に構成されている。制御部１１は、パルス信号ＳｐのＤｕｔｙ制御を行うことで、検出回路１５に対する印加電圧の実効値を変更することができる。
【００３５】
また、制御部１１は、検出回路１５から出力されるセンサ信号Ｓｉを取り込み可能に構成されている。なお、制御部１１は、Ａ／Ｄ変換部（図示省略）を備えており、アナログ信号として入力されたセンサ信号Ｓｉをデジタル値に変換することができる。
【００３６】
入出力部１７は、無線接続または有線接続で接続された外部の通信端末４１との間でデータの入出力を行う。
ヒータ１９は、通電により発熱する抵抗素子を主体に構成されており、アルコール検出素子１３を加熱するために備えられる。制御部１１は、制御処理の１つとして、アルコール検出素子１３を目標温度まで加熱するために、ヒータ１９への通電電流を制御するヒータ制御を実行している。なお、目標温度は、アルコール濃度に応じてアルコール検出素子１３の電気抵抗値が変動する動作温度が設定されている。
【００３７】
検出回路１５は、アルコール検出素子１３と、抵抗素子２３と、ダイオード２５と、コンデンサ２７と、を備えている。
アルコール検出素子１３は、金属酸化物半導体（例えば酸化スズ）を材料として形成された半導体素子を備える。この半導体素子は、所定の温度まで加熱されて活性化状態になると、周囲のアルコール濃度に応じて電気抵抗値が変動する。アルコール検出素子１３は、一端が出力端子３１に接続され、他端がグランドに接続される。
【００３８】
抵抗素子２３は、一端が入力端子２９に接続され、他端がダイオード２５のアノードに接続される。ダイオード２５は、アノードが抵抗素子２３に接続され、カソードがアルコール検出素子１３と出力端子３１との接続点に接続される。コンデンサ２７は、一端がダイオード２５のカソードに接続され、他端がグランドに接続される。ダイオード２５とコンデンサ２７との接続点は、アルコール検出素子１３の一端および出力端子３１に接続される。
【００３９】
つまり、検出回路１５は、制御部１１からのパルス信号Ｓｐが入力端子２９に入力されると、抵抗素子２３およびコンデンサ２７がローパスフィルタとして機能して、電圧変動量の小さい一定の電圧をアルコール検出素子１３に対して印加するよう構成されている。また、検出回路１５は、アルコール検出素子１３の両端電圧値（センサ出力値）を表すセンサ信号Ｓｉを、出力端子３１から制御部１１に対して出力するよう構成されている。
【００４０】
［１−２．アルコール濃度検出］
次に、アルコール濃度検出装置１におけるアルコール濃度検出処理について説明する。
図２は、アルコール濃度検出装置１の各部の状態を表したタイミングチャートであり、図３および図４は、制御部１１で実行されるアルコール濃度検出処理の処理内容を表すフローチャートである。
【００４１】
アルコール濃度検出装置１が起動した後、ヒータ制御が開始されてアルコール検出素子１３が目標温度まで加熱されると共に、アルコール濃度検出装置１と外部の通信端末４１との通信が確立されると、制御部１１においてアルコール濃度検出処理の処理が開始される。
【００４２】
アルコール濃度検出処理が開始されると、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、アルコール検出素子１３の両端電圧値を目標電圧値（本実施形態では、４．０［Ｖ］）に合わせ込むための電圧調整制御を開始する。具体的には、センサ信号Ｓｉに基づいて、アルコール検出素子１３の両端電圧値を目標電圧値に近づけるように、パルス信号ＳｐのＤｕｔｙ比をフィードバック制御する処理を開始する。この電圧調整制御は、後述のＳ１７０の実行時期まで継続して実行される。
【００４３】
また、Ｓ１１０では、電圧調整制御を開始したことを表す通知信号を、通信端末４１に対して出力する（図２における時刻ｔ１）。
次のＳ１２０では、電圧調整制御の開始タイミングを起点として、予め定められた準備期間（本実施形態では、１０．０［Ｓｅｃ］）が経過したか否かを判定しており、肯定判定するとＳ１３０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行して待機する。なお、準備期間には、アルコール検出素子１３の両端電圧値を目標電圧値に合わせ込むために必要な時間が予め設定される。
【００４４】
Ｓ１２０で肯定判定されてＳ１３０に移行すると、Ｓ１３０では、アルコール検出素子１３の両端電圧値（センサ信号Ｓｉ）が許容範囲内（本実施形態では、３．８〜４．２［Ｖ］の範囲内）であるか否かを判定しており、肯定判定するとＳ１５０に移行し、否定判定するとＳ１４０に移行する。
【００４５】
Ｓ１３０で否定判定されてＳ１４０に移行すると、Ｓ１４０では、電圧調整制御が異常であると判定し、アルコール濃度検出装置１が異常状態であることを示す信号を通信端末４１に対して通知する。Ｓ１４０が完了すると、アルコール濃度検出処理が終了する。
【００４６】
Ｓ１３０で肯定判定されてＳ１５０に移行すると、Ｓ１５０では、準備完了信号（Ｒｅａｄｙ信号）を通信端末４１に対して出力する（図２における時刻ｔ２）。
次のＳ１６０では、通信端末４１から測定開始信号を受信したか否かを判定しており、肯定判定するとＳ１７０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行することで待機する。
【００４７】
なお、Ｓ１５０で準備完了信号（Ｒｅａｄｙ信号）を通信端末４１に対して出力した後、通信端末４１は、被験者などによるアルコール濃度の測定開始操作の入力待ち状態となる。この入力待ち状態で、被験者などによる通信端末４１の操作によって測定開始操作が行われると、通信端末４１からアルコール濃度検出装置１に対して測定開始信号が送信される。
【００４８】
Ｓ１６０で肯定判定されて（図２における時刻ｔ３）Ｓ１７０に移行すると、Ｓ１７０では、Ｓ１１０で開始した電圧調整制御を終了する。このあと、電圧調整制御での最終制御値のＤｕｔｙ比に基づいて、Ｄｕｔｙ比が固定されたパルス信号Ｓｐが検出回路１５に対して出力される。
【００４９】
次のＳ１８０では、呼気待機時間（本実施形態では、５．０［Ｓｅｃ］）のカウント（計測）を開始する。なお、呼気待機時間は、呼気が吹き込まれるまでの待ち時間であり、長時間にわたり待機状態が継続することでの無駄な電力消費を抑制するための時間が予め設定される。
【００５０】
次のＳ１９０では、アルコール検出素子１３の両端電圧値を表すセンサ信号Ｓｉを取得する。具体的には、検出回路１５からのセンサ信号Ｓｉのアナログ値をＡ／Ｄ変換したデジタル値を取得し、記憶する。
【００５１】
次のＳ２００では、センサ信号Ｓｉを１０個検知したか否かを判定しており、肯定判定するとＳ２１０に移行し、否定判定するとＳ２０５に移行する。
Ｓ２００で否定判定されてＳ２０５に移行すると、Ｓ２０５では、次回の検知タイミング（本実施形態では、１０．０ｍｓｅｃ）が経過したか否かを判定しており、肯定判定すると再びＳ１９０に移行し、否定判定すると同ステップを繰り返し実行して待機する。
【００５２】
Ｓ２００で肯定判定されてＳ２１０に移行すると、Ｓ２１０では、最新の１０個のセンサ信号Ｓｉを用いて、センサ出力値Ｓ（ｎ）を算出する。具体的には、最新の１０個のセンサ信号Ｓｉの積算値をセンサ出力値Ｓ（ｎ）として取得する。つまり、Ｓ２００で、センサ出力値Ｓ（ｎ）の取得タイミングが経過したか否か（換言すれば、１００ｍｓｅｃのサンプリングタイムに達したか否か）を判定し、Ｓ２００にて肯定判定された場合に、Ｓ２１０にてセンサ出力値Ｓ（ｎ）を取得する。なお、Ｓ２１０では、センサ出力値Ｓ（ｎ）を取得すると、記憶した１０個のセンサ信号Ｓｉをリセットする。
【００５３】
次のＳ２２０では、基準値Ｂ（ｎ）の演算を行う。基準値Ｂ（ｎ）は、アルコール検出素子１３の経時変化などの影響によるセンサ出力値Ｓ（ｎ）の変化量に相当する値である。具体的には、初回（ｎ＝０の場合）の演算時には、基準値Ｂ（０）に対してセンサ出力値Ｓ（０）を代入し、２回目移行（ｎ≧１の場合）の演算時には、［数１］を用いて基準値Ｂ（ｎ）を演算する。
【００５４】
【数１】
2016003998.tif 000003
なお、［数１］における係数ｋ１、ｋ２は、本実施形態では、「ｋ１＝１／３２」、「ｋ２＝１／１０００」が設定されている。
【００５５】
なお、アルコール検出素子１３の抵抗値は、アルコール濃度の変化のみならず、呼気の温度や湿度などの外乱の影響によっても抵抗値が変化することから、センサ出力値Ｓ（ｎ）も、その外乱の影響によって値が変化する。そこで、本実施形態では、基準値Ｂ（ｎ）を固定値にせず、［数１］を用いて基準値Ｂ（ｎ）を最新のセンサ出力値Ｓ（ｎ）の値を反映させた形で変動させている。そして、後述するが、この基準値Ｂ（ｎ）からセンサ出力値Ｓ（ｎ）を差し引いた差分値ΔＢｉｔを算出し、この差分値ΔＢｉｔをアルコール濃度の検出に用いることで、センサ出力値Ｓ（ｎ）から外乱の影響を除去した上でアルコール濃度の検出を実現することができる。
【００５６】
図５に、センサ出力値Ｓ（ｎ）および基準値Ｂ（ｎ）のそれぞれの波形の一例を示す。図５においては、基準値Ｂ（ｎ）は、センサ出力値Ｓ（ｎ）の変化に対して緩やかに追従するような波形を示す。
【００５７】
次のＳ２３０では、基準値Ｂ（ｎ）からセンサ出力値Ｓ（ｎ）を差し引いた差分値ΔＢｉｔ（＝Ｂ（ｎ）−Ｓ（ｎ））を算出する。算出した差分値ΔＢｉｔの履歴データは、制御部１１の記憶部（ＲＡＭなど）に記憶する。
【００５８】
なお、差分値ΔＢｉｔは、図５に示す波形においては、矢印で示す部分の数値に相当する。
次のＳ２４０では、通信端末４１に対して呼気認識信号をハイレベルで送信したか否かを判定しており、肯定判定するとＳ３２０に移行し、否定判定するとＳ２５０に移行する。
【００５９】
なお、呼気認識信号は、呼気がアルコール検出素子１３に到達したか否かを示す信号である。呼気認識信号は、呼気がアルコール検出素子１３に到達したと判定された場合にハイレベルで送信され、呼気がアルコール検出素子１３に到達していないと判定された場合にローレベルで送信される。
【００６０】
Ｓ２４０で否定判定されてＳ２５０に移行すると、Ｓ２５０では、差分値ΔＢｉｔが予め定められた呼気判定値（本実施形態では、１００）以上であるか否かを判定しており、肯定判定するとＳ２６０に移行し、否定判定するとＳ２９０に移行する。
【００６１】
なお、アルコール検出素子１３は、アルコール濃度の変化のみならず、呼気（風）が吹き付けられたことによっても抵抗値が変化するため、差分値ΔＢｉｔは、アルコール濃度の変化のみならず、呼気（風）が吹き付けられたことによっても変化する。このため、呼気（風）が吹き付けられた場合に差分値ΔＢｉｔが示す値を実際の測定データなどに基づいて収集し、呼気の導入を判定するための呼気判定値を予め定めておくことで、差分値ΔＢｉｔと呼気判定値との比較結果に基づいて、呼気が導入されたか否かを判定することができる。
【００６２】
Ｓ２５０で肯定判定されてＳ２６０に移行すると、Ｓ２６０では、通信端末４１に対して呼気認識信号をハイレベルで送信する（図２における時刻ｔ４）。
次のＳ２７０では、Ｓ１８０で開始した呼気待機時間のカウント（計測）を停止する。
【００６３】
次のＳ２８０では、濃度検出時間（本実施形態では、２．０［Ｓｅｃ］）のカウント（計測）を開始する。なお、濃度検出時間には、アルコール濃度の検出に必要な差分値ΔＢｉｔの収集期間が予め設定される。
【００６４】
他方、Ｓ２５０で否定判定されてＳ２９０に移行すると、Ｓ２９０では、呼気待機時間が経過したか否かを判定しており、肯定判定するとＳ３００に移行し、否定判定するとＳ１９０に移行する。
【００６５】
Ｓ２９０で肯定判定されてＳ３００に移行すると、Ｓ３００では、通信端末４１に対して呼気認識信号をローレベルで送信する（図２では図示省略）。
次のＳ３１０では、アルコール濃度検出装置１の状態を指示待機状態に設定する。なお、指示待機状態とは、通信端末４１からの再検査指示を受信するための待機状態である。Ｓ３１０が完了すると、アルコール濃度検出処理が終了する。
【００６６】
なお、通信端末４１からの再検査指示を受信した場合には、アルコール濃度検出装置１は、再度、アルコール濃度検出処理を実行する。
Ｓ２８０が完了するか、Ｓ２４０で肯定判定されてＳ３２０に移行すると、Ｓ３２０では、濃度検出時間が経過したか否かを判定しており、肯定判定するとＳ３３０に移行し、否定判定するとＳ１９０に移行する。
【００６７】
Ｓ３２０で肯定判定されて（図２における時刻ｔ５）Ｓ３３０に移行すると、Ｓ３３０では、濃度検出時間の期間中における差分値ΔＢｉｔの中から、ピーク値（最大値）である差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘを演算する。
【００６８】
次のＳ３４０では、アルコール濃度と差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘとの相関関係を表す演算式またはマップを用いて、差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘに対応するアルコール濃度を演算する。
【００６９】
［数１］を用いて算出された基準値Ｂ（ｎ）からセンサ出力値Ｓ（ｎ）を差し引いて算出された差分値ΔＢｉｔは、呼気の温度や湿度などの外乱の影響を受けることなく呼気中のアルコール濃度によって変化した値を示しており、呼気が導入されたと判定された時点から濃度検出時間が経過するまでの期間に算出される差分値ΔＢｉｔのピーク値である差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘに基づいて、アルコール濃度を演算することができる。例えば、アルコール検出素子１３に吹き付けた呼気のアルコール濃度と差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘとの相関関係を実際の測定データなどに基づいて収集しておき、その相関関係に基づき定められた演算式やマップなどを用いることで、差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘに対応するアルコール濃度を演算することができる。
【００７０】
なお、アルコール濃度と差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘとの相関関係は、例えば、図６に示す波形が一例として挙げられる。Ｓ３４０で用いる演算式またはマップは、このような相関関係に基づき定めることができる。
【００７１】
次のＳ３５０では、Ｓ３４０での演算結果として得られたアルコール濃度を通信端末４１に対して送信する（図２における時刻ｔ６）。
Ｓ１４０，Ｓ３１０，Ｓ３５０のいずれかが完了すると、アルコール濃度検出処理が終了する。
【００７２】
［１−３．効果］
以上説明したように、本実施形態のアルコール濃度検出装置１は、制御部１１で実行されるアルコール濃度検出処理において、通信端末４１から測定開始信号を受信したか否かを判定している（Ｓ１６０）。
【００７３】
そして、アルコール濃度検出処理では、通信端末４１から測定開始信号を受信したと判定すると（Ｓ１６０で肯定判定）、検出回路１５からの１０回毎のセンサ信号Ｓｉの取得タイミングに合わせて、センサ信号Ｓｉを積算したセンサ出力値Ｓ（ｎ）の演算（取得）を行う（Ｓ２１０）と共に、基準値Ｂ（ｎ）の演算を行う（Ｓ２２０）。
【００７４】
また、アルコール濃度検出処理では、Ｓ２３０において、最新のセンサ出力値Ｓ（ｎ）と最新の基準値Ｂ（ｎ）との差分値ΔＢｉｔ（＝Ｂ（ｎ）−Ｓ（ｎ））を算出する。そして、アルコール濃度検出処理では、Ｓ２５０において、差分値ΔＢｉｔと呼気判定値とを比較し、差分値ΔＢｉｔが呼気判定値以上になった場合に、呼気が導入されたと判定する（Ｓ２５０で肯定判定）。
【００７５】
さらに、アルコール濃度検出処理では、呼気が導入されたと判定された時点（Ｓ２５０で肯定判定。図２の時刻ｔ４）から濃度検出時間が経過するまで（Ｓ３２０で肯定判定。図２の時刻ｔ５）の期間に算出される差分値ΔＢｉｔのうち、ピーク値である差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘに基づいて、アルコール濃度を演算する（Ｓ３４０）。
【００７６】
このように、呼気が導入されたと判定された時点から濃度検出時間が経過するまでの期間（図２における時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間）にアルコール濃度を演算することで、人の呼気のように持続時間の短い一過性のガスであっても、精度の良いアルコール濃度検出が可能となる。
【００７７】
よって、本実施形態のアルコール濃度検出装置１によれば、人の呼気中のアルコール濃度を検出するにあたり、検出精度の低下を抑制できる。
次に、アルコール濃度検出装置１においては、検出回路１５は、制御部１１から入力されるパルス信号ＳｐのＤｕｔｙ比を変更することで、アルコール濃度の検出を開始する前の抵抗値が、アルコール検出素子の晒されていた状況（環境）に起因して数桁程度変化していた場合であっても、アルコール濃度検出の開始時におけるセンサ信号Ｓｉの値を一定範囲内に調整できるように構成されている。
【００７８】
そして、制御部１１は、検出回路１５に対して出力するパルス信号ＳｐのＤｕｔｙ比を変更することで、アルコール検出素子１３の両端電圧値を表すセンサ信号Ｓｉを変化させる電圧調整制御を実行する。さらに、アルコール濃度検出処理では、測定開始信号を受信したか否かの判定処理（Ｓ１６０）は、電圧調整制御によるパルス信号ＳｐのＤｕｔｙ比の変更によってセンサ信号Ｓｉが許容範囲内に制御された場合に（Ｓ１３０で肯定判定）、実行が許可される。
【００７９】
このように、センサ信号Ｓｉが許容範囲内に制御された場合に、測定開始信号を受信したか否かの判定処理の実行を許可する構成であれば、アルコール濃度の検出開始時におけるセンサ信号Ｓｉの値を常に一定範囲内に制御できる。つまり、アルコール濃度の検出開始時におけるセンサ信号Ｓｉの値が、検出開始タイミング毎に大きく変動することを抑制できる。
【００８０】
このような構成のアルコール濃度検出装置１は、アルコール濃度の演算にあたり、アルコール濃度の検出開始時におけるセンサ信号Ｓｉの値の変動に起因して演算誤差が発生することを抑制できる。
【００８１】
次に、アルコール濃度検出処理では、測定開始信号の受信時（Ｓ１６０で肯定判定）から呼気待機時間が経過するまでの期間中、差分値ΔＢｉｔが呼気判定値以上にならない場合（Ｓ２５０で否定判定され、かつ、Ｓ２９０で肯定判定）には、アルコール濃度検出装置１の状態を指示待機状態に設定して（Ｓ３１０）、アルコール濃度の演算を中断する。
【００８２】
このように、アルコール濃度検出装置１の状態を指示待機状態に設定する処理（Ｓ３１０）を備えることで、呼気の吹きつけを待つ待機状態が無駄に継続されることを抑制でき、アルコール濃度検出装置１の装置全体としての無駄な電力消費を抑制できる。
【００８３】
次に、アルコール濃度検出装置１は、アルコール濃度検出処理のＳ１６０において、外部の通信端末４１より送信される測定開始信号を受信したか否かを判定するよう構成されている。また、制御部１１は、アルコール濃度検出処理のＳ３５０において、Ｓ３４０で演算されたアルコール濃度を示す濃度信号を通信端末４１に出力する処理を実行する。
【００８４】
これにより、アルコール濃度検出装置１は、外部の通信端末４１を介して遠隔地との間で通信が可能となり、遠隔地からの指令に基づいてアルコール濃度の検出を開始し、検出結果を遠隔地に対して送信することが可能となる。
【００８５】
［１−４．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
アルコール濃度検出装置１がガス濃度検出装置の一例に相当し、アルコール検出素子１３がセンサ素子の一例に相当し、センサ出力値Ｓ（ｎ）がセンサ出力値の一例に相当し、基準値Ｂ（ｎ）が基準値の一例に相当する。
【００８６】
Ｓ１６０を実行する制御部１１が開始信号判定部の一例に相当し、Ｓ２２０を実行する制御部１１が基準値演算部の一例に相当し、Ｓ２３０を実行する制御部１１が差分値算出部の一例に相当する。
【００８７】
呼気判定値以上の数値範囲が呼気検出範囲の一例に相当し、Ｓ２５０を実行する制御部１１が呼気導入判定部の一例に相当し、差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘが差分値のピーク値の一例に相当し、Ｓ３４０を実行する制御部１１が濃度演算部の一例に相当する。
【００８８】
Ｓ１１０および電圧調整制御を実行する制御部１１が変更指示部の一例に相当し、Ｓ１３０を実行する制御部１１が受信許可部の一例に相当し、Ｓ２５０，Ｓ２９０，Ｓ３１０を実行する制御部１１が演算中断部の一例に相当し、Ｓ３５０を実行する制御部１１が濃度信号出力部の一例に相当する。
【００８９】
［２．他の実施形態］
以上、本発明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、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【００９０】
例えば、検出回路は、上記構成に限られることはなく、アルコール検出素子１３の抵抗値変化に応じて変動するセンサ信号Ｓｉを出力可能な回路であれば、任意の構成を採ることができる。
【００９１】
具体的には、図７に示す第２検出回路５１のように、アルコール検出素子１３と、コンデンサ５３と、抵抗素子５５と、電界効果トランジスタ５７（以下、ＦＥＴ５７ともいう）と、を備える構成としても良い。
【００９２】
アルコール検出素子１３は、一端が出力端子３１に接続され、他端がグランドに接続される。コンデンサ５３は、一端がアルコール検出素子１３と出力端子３１との接続点に接続され、他端がグランドに接続される。抵抗素子５５は、一端がアルコール検出素子１３と出力端子３１との接続点に接続され、他端がＦＥＴ５７と抵抗素子５９との接続点に接続される。ＦＥＴ５７は、ゲートが抵抗素子６１を介して定電圧源（５Ｖ）に接続されると共に抵抗素子６３を介して入力端子２９に接続されており、ソースが定電圧源（５Ｖ）に接続されており、ドレインが抵抗素子５９を介してグランドに接続されている。
【００９３】
このような構成の第２検出回路５１は、検出回路１５と同様に、制御部１１からのパルス信号Ｓｐが入力端子２９に入力されると、抵抗素子５５およびコンデンサ５３がローパスフィルタとして機能して、電圧変動量の小さい一定の電圧をアルコール検出素子１３に対して印加するよう構成されている。また、第２検出回路５１は、検出回路１５と同様に、アルコール検出素子１３の両端電圧値（センサ出力値）を表すセンサ信号Ｓｉを、出力端子３１から制御部１１に対して出力するよう構成されている。
【００９４】
上述のアルコール濃度検出装置１において、検出回路１５に代えて第２検出回路５１を備える構成のアルコール濃度検出装置は、アルコール濃度検出装置１と同様に、人の呼気中のアルコール濃度を検出するにあたり、検出精度の低下を抑制できる。
【００９５】
また、検出回路は、図８に示す第３検出回路７１のように、アルコール検出素子１３に並列接続される可変抵抗回路７３を備える構成であっても良い。可変抵抗回路７３は、入力端子２９を介して入力される切替信号Ｓｓに応じて、抵抗値が変更可能に構成されている。可変抵抗回路７３は、例えば、抵抗素子とスイッチとの直列回路が複数並列に接続されて、各スイッチをオン・オフすることで回路全体としての抵抗値を変更可能な構成の回路で実現できる。
【００９６】
第３検出回路７１においては、アルコール検出素子１３は、一端が出力端子３１に接続され、他端がグランドに接続される。可変抵抗回路７３は、一端が抵抗素子７５を介して定電圧源（５Ｖ）に接続されるとともにアルコール検出素子１３と出力端子３１との接続点に接続され、他端がグランドに接続される。
【００９７】
このような構成の第３検出回路７１は、外部から入力される切替信号Ｓｓに応じて可変抵抗回路７３の抵抗値が変化することで、出力端子３１から出力するセンサ信号Ｓｉの電圧値を変更可能に構成されている。
【００９８】
そして、制御部１１は、第３検出回路７１に対して、パルス信号Ｓｐではなく、抵抗値を切り替えるための切替信号Ｓｓを出力することで、出力端子３１から出力するセンサ信号Ｓｉの電圧値を目標電圧値に近づけることができるように構成されている。
【００９９】
つまり、第３検出回路７１は、経時変化に伴うアルコール検出素子１３の抵抗値の変動に応じて、自身の回路条件である可変抵抗回路７３の抵抗値を変更可能に構成されている。
【０１００】
このような制御部１１および第３検出回路７１を備えるアルコール濃度検出装置は、上述のアルコール濃度検出装置１と同様に、人の呼気中のアルコール濃度を検出するにあたり、検出精度の低下を抑制できる。
【０１０１】
次に、上記実施形態では、測定開始信号を外部の通信端末４１を介して受信する構成について説明したが、測定開始信号の受信態様はこのような構成に限られることはない。例えば、アルコール濃度検出装置１に開始スイッチを備えておき、被験者が操作する開始スイッチから送信される信号を測定開始信号として受信する構成を採ることができる。
【０１０２】
さらに、上記実施形態のアルコール濃度検出処理で用いられる各種設定値（準備期間、許容範囲、呼気待機時間、濃度検出時間など）は、上記数値に限られることはなく、用途や使用環境などの各種条件に応じて、任意の数値を採ることができる。
【０１０３】
また、基準値Ｂ（ｎ）の演算に用いる数式は上述の［数１］に限られることはなく、経時変化によるセンサ出力値Ｓ（ｎ）の変化量を演算可能な演算式やマップであれば、任意のものを利用することができる。なお、基準値Ｂ（ｎ）の演算に上述の［数１］を用いる場合には、係数ｋ１、ｋ２の各値は上記実施形態の値に限定されず、それぞれ１．０未満の値であればよい。また、係数ｋ２は、０であってもよい。
【０１０４】
さらに、アルコール濃度と差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘとの相関関係を示す演算式またはマップは、図６に示す相関関係に基づき定められるものに限られることはなく、アルコール濃度と差分ピーク値ΔＢｉｔ＿Ｍａｘとの相関関係を示すものであれば、任意のものを利用することができる。
【０１０５】
また、上記実施形態では、呼気中の検出対象となる特定ガスをアルコールに設定したが、特定ガスはアルコールに限定されず、呼気中に含まれるアセトンやＣＯなどの特定ガスに設定しても良い。
【符号の説明】
【０１０６】
１…アルコール濃度検出装置（ガス濃度検出装置）、１１…制御部、１３…アルコール検出素子、１５…検出回路、１７…入出力部、１９…ヒータ、２３…抵抗素子、２５…ダイオード、２７…コンデンサ、４１…通信端末、５１…第２検出回路、５３…コンデンサ、５５…抵抗素子、５７…電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、７１…第３検出回路、７３…可変抵抗回路。
【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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