(57)【要約】【課題】粒子検出センサが振動する場合であっても、検出精度の劣化を低減することができる。【解決手段】粒子検出センサ１は、投光素子１１１及び受光素子１２１を備える。さらに、粒子検出センサ１は、受光素子１２１からの出力を示す信号のうち第一帯域内の通過させるフィルタ部２１５を有し、当該フィルタ部２１５を通過した信号を信号処理することにより、流体中に含まれる粒子の質量濃度を算出する信号処理部２０を備える。ここで、第一帯域は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合に検知領域ＤＡの大きさ及び流体の速度によって規定される第二帯域を内包し、かつ、当該第二帯域よりも帯域幅が広い帯域である。【選択図】図１
2017142176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出センサであって、
検知領域に光を投光する投光素子、及び、前記検知領域に位置する前記粒子によって散乱された光を受光する受光素子と、
前記受光素子からの出力を示す信号のうち第一帯域内の信号を通過させるフィルタ部を有し、当該フィルタ部を通過した信号を信号処理することにより、前記流体中に含まれる前記粒子の質量濃度を算出する信号処理部とを備え、
前記第一帯域は、前記粒子検出センサが無振動状態の場合に前記検知領域の大きさ及び前記流体の速度によって規定される第二帯域を内包し、かつ、当該第二帯域よりも帯域幅が広い帯域である
粒子検出センサ。
【請求項２】
前記フィルタ部は、
前記粒子検出センサが振動状態の場合、前記第一帯域内の信号を通過させ、
前記粒子検出センサが無振動状態の場合、前記第二帯域内の信号を通過させる
請求項１に記載の粒子検出センサ。
【請求項３】
前記フィルタ部は、前記第一帯域内の信号を通過させる第一バンドパスフィルタと、前記第二帯域内の信号を通過させる第二バンドパスフィルタとを有する
請求項２に記載の粒子検出センサ。
【請求項４】
前記信号処理部は、
前記粒子検出センサが振動状態であるか無振動状態であるかを示す情報を取得し、取得した情報に応じて前記フィルタ部に通過させる信号の帯域を切り替えさせる制御部を有する
請求項２または３に記載の粒子検出センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子検出センサと、
前記粒子検出センサで算出された前記質量濃度を表示する表示部とを備える
移動体搭載用気体モニタ。
【請求項６】
検知領域に光を投光する投光素子、及び、前記検知領域に位置する粒子によって散乱された光を受光する受光素子を有する粒子検出センサを用いて、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出方法であって、
前記受光素子からの出力を示す信号のうち第一帯域内の信号を通過させるステップと、
通過した信号を信号処理することにより、前記流体中に含まれる前記粒子の質量濃度を算出するステップとを含み、
前記第一帯域は、前記粒子検出センサが無振動状態の場合に前記検知領域の大きさ及び前記流体の速度によって規定される第二帯域を内包し、かつ、当該第二帯域よりも帯域幅が広い帯域である
粒子検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体または液体である流体中に含まれる粒子を測定する粒子検出センサ、当該粒子検出センサを備える移動体搭載用気体モニタ、及び、粒子検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光散乱式粒子検出センサは、投光素子と受光素子とを備える光電式センサであり、測定対象の気体を取り込んで投光素子の光を当該気体に照射し、その散乱光によって気体に含まれる粒子の有無を検出するものである。このような光散乱式検出センサは、例えば、大気中に浮遊するホコリ、花粉、煙等の粒子を検出することができる。
【０００３】
この種の光散乱式粒子検出センサを含む機器として、当該光散乱式粒子検出センサからの検知信号を用いて、大気中の単位体積当たりの粒子の量（濃度）を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５５５６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような粒子検出センサが振動した場合、当該粒子検出センサに取り込まれた気体は、本来の速度（絶対速度）に比べて見かけ上の速度（粒子検出センサに対する相対速度）が変化することとなる。このため、粒子検出センサの検出精度が劣化するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、振動する場合であっても、検出精度の劣化を低減することができる粒子検出センサ等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】
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る粒子検出センサは、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出センサであって、検知領域に光を投光する投光素子、及び、前記検知領域に位置する前記粒子によって散乱された光を受光する受光素子と、前記受光素子からの出力を示す信号のうち第一帯域内の信号を通過させるフィルタ部を有し、当該フィルタ部を通過した信号を信号処理することにより、前記流体中に含まれる前記粒子の質量濃度を算出する信号処理部とを備え、前記第一帯域は、前記粒子検出センサが無振動状態の場合に前記検知領域の大きさ及び前記流体の速度によって規定される第二帯域を内包し、かつ、当該第二帯域よりも帯域幅が広い帯域である。
【０００８】
また、本発明の一態様に係る移動体搭載用気体モニタは、上記の粒子検出センサと、前記粒子検出センサで算出された前記質量濃度を表示する表示部とを備える。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る粒子検出方法は、検知領域に光を投光する投光素子、及び、前記検知領域に位置する粒子によって散乱された光を受光する受光素子を有する粒子検出センサを用いて、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出方法であって、前記受光素子からの出力を示す信号のうち第一帯域内の信号を通過させるステップと、通過した信号を信号処理することにより、前記流体中に含まれる前記粒子の質量濃度を算出するステップとを含み、前記第一帯域は、前記粒子検出センサが無振動状態の場合に前記検知領域の大きさ及び前記流体の速度によって規定される第二帯域を内包し、かつ、当該第二帯域よりも帯域幅が広い帯域である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、粒子検出センサが振動する場合であっても、検出精度の劣化を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る粒子検出センサの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】受光素子から出力される電流信号の一例を示す波形図である。
【図３】デジタルデータの一例を示す波形図である。
【図４】無振動状態の場合の検知領域及びその周囲の状態を模式的に示す図である。
【図５】振動状態の場合の検知領域及びその周囲の状態を模式的に示す図である。
【図６】フィルタ部の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】フィルタ部の通過特性の一例を示すグラフである。
【図８】粒子検出センサの動作を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態に係る移動体搭載用気体モニタの一例を示す外観図である。
【図１０】変形例に係る増幅部の構成の一例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の実施の形態に係る粒子検出センサ等について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００１３】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化する場合がある。さらに、以下において、略一定等の表現を用いている。例えば、略一定とは、完全に一定であることを意味するだけでなく、実質的に一定であることも意味する。すなわち、「略」とは、数％程度の誤差を含む。
【００１４】
（実施の形態）
［１．構成］
まず、本発明の実施の形態に係る粒子検出センサの全体構成について説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係る粒子検出センサ１の構成の一例を示すブロック図である。
【００１６】
粒子検出センサ１は、車両等の移動体に搭載され、当該粒子検出センサ１の周辺に漂う空気（以下、周辺空気と称する）に含まれる粒子の質量濃度を測定する。例えば、周辺空気には粒径が１０μｍ以下の微小なホコリ、花粉、煙、ＰＭ２．５等の粒子が含まれ、粒子検出センサ１はこれら粒子の質量濃度を粒径区分毎に測定することが可能である。
【００１７】
なお、以下では、「流体中の粒子の質量濃度」を、単に「質量濃度」と記載する場合がある。
【００１８】
同図に示すように、粒子検出センサ１は、センサ部１０と信号処理部２０とを備え、センサ部１０の検知領域ＤＡに位置する粒子２からの散乱光に基づいて、周辺空気の質量濃度を測定する。また、粒子検出センサ１は、さらに、粒子検出センサ１が備える各構成に対して電源を供給する電源部３０を備える。この電源部３０は、例えば、粒子検出センサ１の外部から供給された電圧を所望の電圧に変換するレギュレータ等により構成される。
【００１９】
この粒子検出センサ１は、後述するフィルタ部２１５を備えることにより、搭載される移動体の振動等によって自身が振動する場合であっても、検出精度の劣化を低減することができる。また、本実施の形態では、粒子検出センサ１は、移動体の振動を検出する振動検出器１０１から出力される信号に応じて動作を切り替える。
【００２０】
振動検出器１０１は、例えば、上記の移動体に搭載され、自身の振動を検出し、検出した振動を電気信号に変換して出力する振動計である。つまり、振動検出器１０１は、粒子検出センサ１と同一の移動体に固定して搭載されることにより、粒子検出センサ１の振動を検出する。
【００２１】
なお、振動検出器１０１の構成はこのような構成に限らない。例えば、振動検出器１０１は、粒子検出センサ１が搭載される移動体に搭載されることなく当該移動体の振動を検出することにより、粒子検出センサ１の振動を検出してもかまわない。また振動検出器１０１は、移動体の振動を検出することなく、粒子検出センサ１の振動を検出してもかまわない。
【００２２】
以下、粒子検出センサ１の各構成について、具体的に説明する。
【００２３】
［１−１．センサ部］
センサ部１０は、粒子検出センサ１の測定対象である周辺空気を取り込んで、取り込んだ周辺空気に光を照射し、その散乱光の光強度を示す信号（ここでは電流信号）を出力する、光電式センサ（光散乱式粒子検出センサ）である。つまり、センサ部１０は、取り込んだ周辺空気に含まれる粒子２に応じた時系列の信号を出力する。
【００２４】
具体的には、本実施の形態では、センサ部１０は、投光系１１と受光系１２と筐体１３と加熱部１５とを備え、筐体１３の流入口１８から流出口１９までの粒子流路に設けられた検知領域ＤＡに位置する粒子２からの散乱光に応じた信号を出力する。投光系１１、受光系１２及び検知領域ＤＡは、外光が照射されないように、筐体１３に収容されている。
【００２５】
検知領域ＤＡは、測定対象の気体に含まれる粒子２（エアロゾル）を検知するためのエアロゾル検知領域（エアロゾル測定部）であり、投光系１１の光軸Ｐと受光系１２の光軸Ｑとが交差する交点を含む、例えばφ２ｍｍ程度の領域である。つまり、検知領域ＤＡは、投光系１１の光が投光される空間領域と投光系１１の光が粒子２に当たって発生した散乱光を受光系１２に導くための空間領域とが重なる空間領域である。
【００２６】
投光系１１は、検知領域ＤＡに光を投光する光学素子からなり、本実施の形態では、投光素子１１１と、投光素子１１１の前方（光投光側）に配置された投光レンズ１１２とを有する。
【００２７】
投光素子１１１は、検知領域ＤＡに光を投光する、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）や半導体レーザ等の固体発光素子である。投光素子１１１は、例えば、赤外光、青色光、緑色光、赤色光または紫外光等の所定の波長の光を投光し、２波長以上の混合波を投光してもよい。本実施の形態では、粒子２による光の散乱強度に鑑みて、投光素子１１１として、例えば、４００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の光を投光する砲弾型のＬＥＤが用いられる。
【００２８】
なお、投光素子１１１から投光された光の波長が短いほど、粒径の小さな粒子２を検出しやすくなる。また、投光素子１１１の投光制御方式は特に限定されるものではなく、投光素子１１１から投光される光は、ＤＣ駆動による連続光またはパルス光等とすることができる。また、投光素子１１１から投光される光の光強度は、時間的に変化していてもよい。
【００２９】
投光レンズ１１２は、投光素子１１１の前方かつ投光系１１の光軸Ｐ上に配置され、投光素子１１１から投光された光を検知領域ＤＡに向けて進行させるように構成されている。例えば、投光レンズ１１２は、投光素子１１１から投光された光を検知領域ＤＡに集光する集光レンズであり、ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）等の透明樹脂またはガラスによって形成される。つまり、投光素子１１１から投光された光は、投光レンズ１１２を介して検知領域ＤＡに到達する。この際、検知領域ＤＡに粒子２が位置する場合、当該粒子２によって投光素子１１１からの光が散乱される。
【００３０】
受光系１２は、検知領域ＤＡからの光を受光する光学素子からなり、本実施の形態では、受光素子１２１と、受光素子１２１の前方（光入射側）に配置された受光レンズ１２２とを有する。検知領域ＤＡに粒子２が位置する場合、当該粒子２によって散乱された光（散乱光）は、受光系１２によって受光される。
【００３１】
受光素子１２１は、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって散乱された光を受光する。具体的には、受光素子１２１は、受光した光を電気信号に変換する光電変換素子であり、本実施の形態では、投光素子１１１が投光する光に感度を有する、フォトダイオード及びフォトトランジスタの少なくとも一方を有する。つまり、受光素子１２１は、受光した光強度に応じた信号（ここでは電流信号）を出力する。なお、受光素子１２１は、例えば、フォトＩＣダイオードまたは光電子増倍管などを有してもよい。
【００３２】
受光レンズ１２２は、検知領域ＤＡと受光素子１２１との間に配置され、検知領域ＤＡに位置する粒子２による散乱光を受光素子１２１に集光するように構成されている。例えば、受光レンズ１２２は、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって散乱された光を受光素子１２１に集束させる集光レンズであり、投光レンズ１１２と同様の材質により形成される。
【００３３】
筐体１３は、遮光性を有し、粒子２を含む周辺空気（気体）が流れる筒状の空間領域である粒子流路が設けられた部材である。例えば、筐体１３は、迷光を減衰させやすいように、少なくとも内面が黒色面である。具体的には、筐体１３の内面は、光の減衰率が高く、かつ、光を鏡面反射する。なお、筐体１３の内面における反射は、鏡面反射でなくてもよく、光の一部が散乱反射されてもよい。
【００３４】
ここで、迷光とは、粒子２によって散乱された光以外の光であり、具体的には、投光素子１１１が投光した光のうち検知領域ＤＡにおいて粒子２に散乱されることなく、筐体１３内を進行する光等である。また、迷光には、粒子流路によって筐体１３の内部に進入した外光も含まれる。
【００３５】
筐体１３は、例えば、ＡＢＳ樹脂などの樹脂材料を用いた射出成形により形成される。このとき、例えば、黒色の顔料または染料を添加した樹脂材料を用いて筐体１３を形成することで、筐体１３の内面を黒色面にして迷光の減衰を図ることができる。あるいは、射出成形後に筐体１３の内面に黒色塗料を塗布することで、筐体１３の内面を黒色面にして迷光の減衰を図ることができる。また、筐体１３の内面にシボ加工などの表面処理を行うことにより、迷光の減衰を図ることができる。
【００３６】
筐体１３には、上述したように流入口１８及び流出口１９が設けられている。このため、周辺空気は、流入口１８から筐体１３の内部に進入し、粒子流路を通って検知領域ＤＡに導かれ、流出口１９から筐体１３の外部に流出する。
【００３７】
なお、本実施の形態において、粒子流路の流路方向（粒子流路を気体が流れる方向）は、図１の紙面上下方向としているが、図１の紙面垂直方向としてもよい。つまり、本実施の形態では、粒子流路の流路軸は、投光系１１及び受光系１２の各光軸が通る平面上に存在するように設定しているが、当該平面と直交するように設定されていてもよい。
【００３８】
加熱部１５は、当該加熱部１５周囲の気体を加熱することにより、粒子流路の気体を流して気流を発生させる気流発生装置である。具体的には、加熱部１５が周囲の気体を加熱すると、加熱された気体は、膨張して密度が小さくなることにより重力と逆方向の上方向に移動する。つまり、加熱部１５によって、上方向の気流（上昇気流）が発生する。この気流が粒子流路の気体を流すことにより、粒子流路に気流が生じることとなる。その結果、粒子検出センサ１の周辺空気が流入口１８から筐体１３内部に引き込まれるため、加熱部１５を設けない場合に比べて、センサ部１０内に多くの粒子２を取り込むことができる。
【００３９】
加熱部１５は、上昇気流を発生させることから、図１に示すように粒子流路の下方部分に設置されることが好ましい。なお、加熱部１５が動作していない状態でも、気体は粒子流路内を通過することができる。
【００４０】
［１−２．信号処理部］
信号処理部２０は、受光素子１２１からの出力を示す時系列の信号を信号処理することにより、流体中（本実施の形態では気体中）に含まれる粒子２の質量濃度を算出する。具体的には、信号処理部２０は、受光素子１２１から出力された信号（本実施の形態では電流信号）に対してアナログ信号処理を施し、さらに、アナログ信号処理後の信号に対してデジタル信号処理を施すことにより、上記の質量濃度を算出する。
【００４１】
この信号処理部２０は、受光素子１２１からの出力を示す信号のうち所定の帯域内の信号を通過させるフィルタ部２１５（後述する）を有する。また、信号処理部２０は、当該フィルタ部２１５を通過した信号を信号処理することにより、流体中（本実施の形態では気体中）に含まれる粒子の質量濃度を算出する。
【００４２】
以下、信号処理部２０の各構成について、具体的に説明する。
【００４３】
図１に示すように、信号処理部２０は、アナログ信号処理を施すアナログ信号処理部２１と、デジタル信号処理を施す汎用ＭＰＵ２２とを備える。
【００４４】
アナログ信号処理部２１は、アナログ回路により構成され、本実施の形態では、受光素子１２１から出力された電流信号に対して各種のアナログ信号処理を施すことにより、当該電流信号に基づく電圧信号を出力する。ここで、各種のアナログ信号処理とは、例えば、電流（Ｉ）を電圧（Ｖ）に変換するＩ／Ｖ変換、入力された信号の所望の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ処理、及び、入力された信号を増幅して出力する増幅処理である。アナログ信号処理部２１は、Ｉ／Ｖ変換を行うＩＶ変換部２１１と、バンドパスフィルタ処理及び増幅処理を行う増幅部２１２とを含む。
【００４５】
なお、アナログ信号処理部２１は、ここに例示した各処理に限らず、さらに他の信号処理（例えば、ハイパスフィルタ処理、ローパスフィルタ処理、及び、減衰処理等）を行う構成であってもよい。
【００４６】
ＩＶ変換部２１１は、受光素子１２１から出力された電流信号をＩ／Ｖ変換することにより、当該電流信号に応じた電圧信号を生成する。このように電流信号を電圧信号に変換することにより、以降の信号処理の容易化が図られるとともに、ＩＶ変換部２１１の後段に接続された増幅部２１２の設計の容易化が図られる。
【００４７】
増幅部２１２は、ＩＶ変換部２１１で生成された電圧信号の所定の帯域を増幅する。具体的には、増幅部２１２は、当該電圧信号に含まれる周波数成分のうち所定の帯域の周波数成分を、他の帯域の周波数成分よりも高い増幅率で増幅する。ここで、所定の帯域とは、例えば、センサ部１０の粒子流路を流れる気体の流速ｖ（ｐ）に対応する周波数ｆｃを中心周波数とする帯域である。
【００４８】
増幅部２１２は、例えば、図１に示すように、ＩＶ変換部２１１から出力された電圧信号に含まれる周波数成分のうち所定の帯域内の周波数成分を通過させるフィルタ部２１５と、フィルタ部２１５を通過した周波数成分からなる信号を増幅する増幅器２１６とを含む。本実施の形態では、フィルタ部２１５は、通過帯域を切り替え可能に構成されており、具体的には、制御部２２４からの制御信号に応じて通過帯域を切り替える。なお、フィルタ部２１５及び増幅器２１６の接続順はこれに限らず、増幅器２１６がフィルタ部２１５より前段に設けられていてもよい。また、フィルタ部２１５の詳細な構成については、後述する。
【００４９】
このような構成により、アナログ信号処理部２１は、受光素子１２１からの出力を示し、かつ、検知領域ＤＡに位置する粒子２に対応するパルス状の波形を含む時系列の電圧信号を出力する。
【００５０】
ここで、粒子２に対応したパルス状の波形とは、検知領域ＤＡを通過する粒子２の速度及び粒径等に対応した正弦波、または、それに類似の波形である。ただし、例えば、大粒径の粒子２と小粒径の粒子２とが同じタイミングで検知領域ＤＡを通過する場合等には、その限りではない。
【００５１】
汎用ＭＰＵ２２は、デジタル回路により構成され、アナログ信号処理部２１から出力された電圧信号を用いて、センサ部１０の粒子流路に流れる気体に含まれる粒子の質量濃度を算出する。この汎用ＭＰＵ２２は、例えば、集積回路であるシステムＬＳＩにより実現され、以下で説明する機能ブロック毎に個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。
【００５２】
また、汎用ＭＰＵ２２は、システムＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。また、汎用ＭＰＵ２２は、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、またはＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
【００５３】
汎用ＭＰＵ２２は、図１に示すように、ＡＤ変換部２２１と演算部２２２と制御部２２４とを機能ブロックとして有し、ＡＤ変換部２２１で生成したデジタルデータを用いて、センサ部１０の粒子流路内に流れる気体に含まれる粒子についての種々の分析を行う。この種々の分析とは、例えば、粒子の質量濃度に限らず、当該粒子の粒径の算出、当該粒子の同定等が含まれてもかまわない。
【００５４】
以下、汎用ＭＰＵ２２の各機能ブロックについて、詳細に説明する。
【００５５】
ＡＤ変換部２２１は、増幅部２１２で増幅された電圧信号をサンプリング（標本化）及び量子化する。言い換えると、当該ＡＤ変換部２２１は、アナログ信号処理部２１から出力されたアナログの電圧信号をＡＤ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換することにより、当該電圧信号に対応する時系列のデジタルデータを生成する。つまり、ＡＤ変換部２２１は、受光素子１２１から出力された電流信号に基づく時系列のデジタルデータを生成する。
【００５６】
本実施の形態では、ＡＤ変換部２２１は、汎用ＭＰＵ２２に予め組み込まれたＡＤ変換モジュールであり、当該汎用ＭＰＵ２２のアナログ入力端子に入力された電圧信号をデジタルデータに変換する。例えば、ＡＤ変換部２２１は、汎用ＭＰＵ２２のアナログ入力端子に入力された０．０〜５．０Ｖの範囲の電圧信号を、所定のサンプリング周期でサンプリングする。その後、ＡＤ変換部２２１は、サンプリングされた電圧信号の電圧を１０ビットのデジタル値に変換することにより、上記の時系列のデジタルデータを生成する。
【００５７】
演算部２２２は、ＡＤ変換部２２１で生成されたデジタルデータを用いて、センサ部１０の粒子流路に流れる気体に含まれる粒子２の質量濃度を算出する。なお、質量濃度を算出する手法については、特に限定されないが、例えば、所定時間内に取得したデジタルデータのピークの個数により算出される個数濃度、及び、ピークの平均値に基づく平均質量等を用いて算出することができる。
【００５８】
制御部２２４は、粒子検出センサ１が振動状態であるか無振動状態であるかを示す情報を取得し、取得した情報に応じてフィルタ部２１５に通過させる信号の帯域を切り替えさせる。具体的には、制御部２２４は、取得した情報が振動状態を示す場合と無振動状態を示す場合とで、フィルタ部２１５に出力する制御信号を切り替える。
【００５９】
本実施の形態では、制御部２２４は、粒子検出センサ１が振動状態であるか無振動状態であるかを示す情報として、振動検出器１０１から出力される電気信号を取得する。なお、例えば、制御部２２４は、当該情報を振動検出器１０１から取得しなくてもよく、例えば、ＡＤ変換部２２１から出力されるデジタルデータを用いて当該情報を取得してもかまわない。具体的には、粒子検出センサ１が振動状態の場合には、無振動状態の場合に比べて、デジタルデータに含まれるパルス状の波形の時間幅が変化する。よって、時間幅が所定の閾値以上の場合に粒子検出センサ１が振動状態であると判断し、当該閾値未満の場合に振動状態でないと判断することにより、上記の情報を取得してもかまわない。
【００６０】
なお、汎用ＭＰＵ２２は、例えば、演算部２２２が質量濃度を算出するための各種の情報を記憶するメモリ領域等である記憶部を備えてもかまわないが、これについては図示及び説明を省略する。
【００６１】
［２．動作］
次に、粒子検出センサ１の動作について説明する。
【００６２】
［２−１．センサ部］
まず、センサ部１０の動作について説明する。
【００６３】
加熱部１５により空気が加熱されると、筐体１３内の粒子流路に上昇気流が生じる。これに伴い、周辺空気中の粒子は、粒子流路の流入口１８から筐体１３の内部に進入し、粒子の検知領域ＤＡを通過して、粒子流路の流出口１９から筐体１３の外部に流出される。この際、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって、投光系１１から投光された光が散乱される。
【００６４】
粒子２によって散乱された光が受光素子１２１に入射すると、受光素子１２１によって受光量（受光した散乱光の光強度）に応じた電流信号が出力される。
【００６５】
図２は、受光素子１２１から出力される電流信号の一例を示す波形図である。
【００６６】
同図に示す電流信号の波形には、４つのパルス状の波形Ｗ１〜Ｗ４が含まれる。具体的には、当該電流信号の波形には、ピーク値Ｉ３を有する波形Ｗ１と、ピーク値Ｉ２を有する波形Ｗ２と、ピーク値Ｉ１を有する波形Ｗ３及びＷ４とが含まれる。なお、これらの波形Ｗ１〜Ｗ４には、ノイズによる波形ＷＮが重畳されている。
【００６７】
波形Ｗ１〜Ｗ４は、気流が粒子流路を流れることに伴って検知領域ＤＡを通過する粒子２に対応し、それぞれが対応する粒子２の粒径に応じたピーク値を有する。ここで、波形Ｗ１〜Ｗ３はそれぞれ１つのピークのみを有するのに対し、波形Ｗ４は２つのピークを有する。つまり、波形Ｗ１〜Ｗ３はそれぞれ１つの粒子に対応する単一波形であるのに対し、波形Ｗ４は２つの同一粒径の粒子に対応する２つの波形が合成された合成波形となっている。
【００６８】
［２−２．信号処理部］
次に、信号処理部２０の動作について、説明する。
【００６９】
ＩＶ変換部２１１が、受光素子１２１から出力された電流を電圧に変換することにより、電圧信号を生成する。つまり、受光素子１２１から出力された電流信号は電圧信号へと変換される。
【００７０】
次に、増幅部２１２が、当該電圧信号を所定の帯域で増幅する。
【００７１】
その後、ＡＤ変換部２２１が、増幅部２１２で増幅されたアナログ信号である電圧信号をデジタル変換（ＡＤ変換）することにより、デジタルデータを生成する。つまり、ＡＤ変換部２２１は、サンプリング及び量子化することにより、受光系１２からの出力を示すセンサ信号がデジタル化された時系列のデジタルデータを生成して、演算部２２２に出力する。
【００７２】
図３は、ＡＤ変換部２２１によって生成されたデジタルデータの一例を示す波形図である。具体的には、同図には、図２に示した電流信号が信号処理されることで生成されたデジタルデータの波形図が示されている。
【００７３】
同図に示すデジタルデータは、例えば、１０ビットの時系列のデジタルデータである。なお、デジタルデータの波形はステップ状の波形であるが、同図では、当該ステップの幅が非常に小さいものとして、見た目上曲線で図示している。また、同図では、デジタルデータの各サンプルのデジタル値を電圧に換算して図示している。
【００７４】
同図に示すように、ＡＤ変換部２２１によって生成されたデジタルデータの波形では、ノイズによる波形ＷＮ（図２参照）がフィルタリングされてカットされ、粒子の各々に対応したパルス状の波形Ｗ１〜Ｗ４が含まれる。
【００７５】
このように生成されたデジタルデータを用いて、演算部２２２が質量濃度を算出する。
【００７６】
ここで、一般的に、粒子検出センサでは、当該粒子検出センサが搭載された移動体が振動すると、これに伴う粒子検出センサの振動によって、内部に取り込まれた流体の見かけ上の速度（粒子検出センサ１に対する相対速度）が変化してしまう。このため、流体中の粒子に対応する信号を正確に捉えることが困難となり、検出精度が劣化する場合がある。
【００７７】
そこで、本実施の形態に係る粒子検出センサ１では、フィルタ部２１５の通過帯域を、粒子検出センサ１が無振動状態の場合に規定される第二帯域を内包し、かつ、当該第二帯域よりも帯域幅が広い第一帯域とする。これにより、本実施の形態に係る粒子検出センサ１によれば、検出精度の劣化を低減することができる。
【００７８】
［３．検出精度の劣化低減メカニズム］
以下、本実施の形態に係る粒子検出センサ１によって質量濃度の検出精度の劣化を低減できるメカニズムについて、フィルタ部２１５の詳細な構成、及び、フィルタ部２１５に関連する粒子検出センサ１の動作とあわせて説明する。
【００７９】
フィルタ部２１５は、後段の汎用ＭＰＵ２２の処理負荷を低減するために、通過した信号のノイズ低減量が大きくなるように設計されることが好ましい。つまり、フィルタ部２１５は、検知領域ＤＡを通過する粒子２に対応する周波数成分以外の周波数成分を抑制するように設計されることが好ましい。
【００８０】
図４は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合の検知領域ＤＡ及びその周囲の状態を模式的に示す図である。なお、同図には、気流が破線で示され、投光系１１から投光された光及び検知領域ＤＡに位置する粒子２からの散乱光が実線で示されている。
【００８１】
同図に示すように、粒子検出センサ１が無振動状態の場合、検知領域ＤＡは略一定の領域となる。また、当該場合、粒子流路を流れる気流も略一定となる。このため、検知領域ＤＡに粒子２が位置する時間も略一定となる。この場合、フィルタ部２１５の最適な帯域は、（ｉ）検知領域ＤＡの大きさ（光学焦点エリア径）、及び、（ｉｉ）検知領域ＤＡに位置する粒子２の速度である気体の流速の２つの因子によって決定される。例えば、検知領域ＤＡの大きさをｒｄ［ｍｍ］、気体の流速をｖ（ｐ）［ｍｍ／ｓｅｃ］とすると、フィルタ部２１５の最適な帯域ｆｗ［Ｈｚ］は、１／（ｒｄ／ｖ（ｐ））＝ｖ（ｐ）／ｒｄと決定される。
【００８２】
これに対して、粒子検出センサ１が振動すると、検知領域ＤＡは次のようになる。
【００８３】
図５は、粒子検出センサ１が振動状態の場合の検知領域ＤＡ及びその周囲の状態を模式的に示す図である。具体的には、同図の（ａ）は、粒子検出センサ１の振動によって検知領域ＤＡが粒子２と同方向にブレる場合を模式的に示し、同図の（ｂ）は、粒子検出センサ１の振動によって検知領域ＤＡが粒子２と反対方向にブレる場合を模式的に示す。なお、同図には、図４と同様に、気流が破線で示され、投光系１１から投光された光及び検知領域ＤＡに位置する粒子２からの散乱光が実線で示されている。
【００８４】
同図に示すように、粒子検出センサ１が振動状態の場合、投光系１１及び受光系１２が振動するため、検知領域ＤＡも振動によって振動する。つまり、検知範囲がブレることとなる。また、当該場合、粒子流路を流れる気流もブレ得るため、検知領域ＤＡに粒子２が位置する時間もブレることとなる。このため、受光素子１２１から出力される信号に含まれる周波数成分が、無振動状態の場合に比べて変化する。
【００８５】
具体的には、図４の（ａ）に示すように、検知領域ＤＡが粒子２の移動方向と同方向にブレる場合、粒子２は、自身の進行方向と同方向に移動する検知領域ＤＡを通過することとなる。このため、この場合、無振動状態の場合に比べて、検知領域ＤＡに粒子２が位置する時間が長くなる。したがって、この場合、無振動状態の場合よりも、受光素子１２１から出力される信号に含まれる粒子２に対応する周波数成分が低くなる。
【００８６】
一方、図４の（ｂ）に示すように、検知領域ＤＡが粒子２の移動方向と反対方向にブレる場合、粒子２は、自身の進行方向と反対方向に移動する検知領域ＤＡを通過することとなる。このため、この場合、無振動状態の場合に比べて、検知領域ＤＡに粒子２が位置する時間が短くなる。したがって、この場合、無振動状態の場合よりも、受光素子１２１から出力される信号に含まれる粒子２に対応する周波数成分が高くなる。
【００８７】
このように、粒子検出センサ１が振動状態の場合には、粒子２に対応する周波数成分が、粒子２の進行方向における検知領域ＤＡの振動成分によって変化する。例えば、当該周波数成分は、粒子２の進行方向における検知領域ＤＡのブレ幅が大きいほど大きく変化する。また、例えば、当該周波数成分は、当該粒子２の進行方向における検知領域ＤＡのブレる速度が大きいほど、大きく変化する。
【００８８】
したがって、フィルタ部２１５の通過帯域を上記の（ｉ）及び（ｉｉ）の２つの因子によって決定される帯域にすると、粒子検出センサ１が振動状態の場合に粒子２に対応する周波数成分がフィルタ部２１５を通過しにくくなる。つまり、フィルタ部２１５を通過した後の信号では粒子２に対応する周波数成分が抑制されてしまう。このため、汎用ＭＰＵ２２は、粒子２に対応する周波数成分が抑制されたデジタルデータを用いてデジタル信号処理を施すこととなり、質量濃度の検出精度が劣化する虞がある。
【００８９】
これに対し、本実施の形態では、フィルタ部２１５は、受光素子１２１からの出力を示す信号のうち第一帯域内の信号を通過させる。ここで、第一帯域は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合に検知領域ＤＡの大きさ及び流体の速度によって規定される第二帯域を内包し、かつ、当該第二帯域よりも帯域幅が広い帯域である。つまり、フィルタ部２１５は、上記の（ｉ）及び（ｉｉ）の２つの因子によって決定される第二帯域よりも帯域幅の広い第一帯域で信号を通過させる。
【００９０】
これにより、粒子検出センサ１の振動によって受光素子１２１からの出力を示す信号に含まれる粒子２に対応する周波数成分が変化してしまう場合であっても、粒子２に対応する周波数成分がフィルタ部２１５を通過しやすくなる。よって、汎用ＭＰＵ２２は、粒子２に対応する周波数成分からなるデジタルデータを用いてデジタル信号処理を施すこととなり、質量濃度の検出精度の劣化を低下できる。
【００９１】
例えば、第一帯域は、上記の（ｉ）及び（ｉｉ）の２つの因子に加えて、さらに（ｉｉｉ）粒子２の進行方向における検知領域ＤＡの振動成分を考慮した３つの因子によって決定される。例えば、検知領域ＤＡの大きさをｒｄ［ｍｍ］、気体の流速をｖ（ｐ）［ｍｍ／ｓｅｃ］、粒子２の進行方向における検知領域ＤＡの振動成分をｖ（ａ）とすると、第一帯域ｆｂｗ１［Ｈｚ］は、１／（ｒｄ／ｖ（ｐ））±ｖ（ａ）と決定される。なお、ｖ（ａ）の符号は、粒子２の移動方向（気流の向き）と振動による検知領域ＤＡの移動方向とに基づく。例えば、これらが互いに逆方向の場合には、検知領域ＤＡに対する粒子２の相対速度が速まるため、ｖ（ａ）の符号は＋となる。
【００９２】
また、本実施の形態では、フィルタ部２１５は、通過帯域を切り替え可能に構成されている。具体的には、フィルタ部２１５は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合、第一帯域内の信号を通過させ、粒子検出センサ１が無振動状態の場合、第二帯域内の信号を通過させる。
【００９３】
図６は、フィルタ部２１５の構成の一例を示すブロック図である。図７は、フィルタ部２１５の通過特性の一例を示すグラフである。なお、図６には、フィルタ部２１５とともに増幅部２１２を構成する増幅器２１６についても併せて図示されている。また、図７では、フィルタ部２１５の通過特性の一例として、第一バンドパスフィルタ２５１及び第二バンドパスフィルタ２５２の通過特性が示されている。
【００９４】
図６に示すように、フィルタ部２１５は、第一帯域内の信号を通過させる第一バンドパスフィルタ２５１と、第二帯域内の信号を通過させる第二バンドパスフィルタ２５２とを有する。また、フィルタ部２１５は、スイッチ２５３、２５４を有する。
【００９５】
図７に示すように、第一バンドパスフィルタ２５１は、周波数ｆｃを中心周波数とし、帯域幅をｆｂｗ１とする第一帯域内の信号を通過させる。また、第二バンドパスフィルタ２５２は、第一バンドパスフィルタ２５１と並列に設けられ、周波数ｆｃを中心周波数とし、帯域幅をｆｂｗ２（ただし、ｆｂｗ１＞ｆｂｗ２）とする第二帯域内の信号を通過させる。なお、第一帯域の中心周波数と第二帯域の中心周波数とは異なっていてもかまわない。
【００９６】
第一バンドパスフィルタ２５１及び第二バンドパスフィルタ２５２の各々の構成は特に限定されないが、例えば、直列接続されたインダクタ及びコンデンサからなるＬＣフィルタによって構成することができる。
【００９７】
スイッチ２５３、２５４は、互いに並列に接続された第一バンドパスフィルタ２５１及び第二バンドパスフィルタ２５２のいずれか一方に選択的に信号を通過させる選択部である。具体的には、スイッチ２５３、２５４は、制御部２２４から出力される制御信号によって第一バンドパスフィルタ２５１及び第二バンドパスフィルタ２５２の一方を選択的に接続することにより、当該一方に選択的に信号を通過させる。
【００９８】
本実施の形態に係る粒子検出センサ１は、このように構成されたフィルタ部２１５を用いて、次のように動作する。図８は、粒子検出センサ１の動作（粒子検出処理）の一例を示すフローチャートである。
【００９９】
まず、粒子検出センサ１が周辺空気を筐体１３内の粒子流路に引き込むことにより、検知領域ＤＡに粒子２を導入する（Ｓ１１）。
【０１００】
次に、粒子検出センサ１は、自身が振動状態であるか否かを判断する（Ｓ１２）。具体的には、振動検出器１０１からの信号によって、粒子検出センサ１が振動状態であることを示す情報が取得された場合、粒子検出センサ１は振動状態であると判断する（Ｓ１２でＹｅｓ）。一方、振動検出器１０１からの信号によって、粒子検出センサ１が無振動状態であることを示す情報が取得された場合、粒子検出センサ１は振動状態でないと判断する（Ｓ１２でＮｏ）。
【０１０１】
そして、振動状態であると判断した場合（Ｓ１２でＹｅｓ）、フィルタ部２１５に第一帯域で信号を通過させる（Ｓ１３）。具体的には、制御信号によってスイッチ２５３、２５４を第一バンドパスフィルタ２５１に接続することにより、当該第一バンドパスフィルタ２５１に選択的に信号を通過させる。
【０１０２】
一方、振動状態でないと判断した場合（Ｓ１２でＮｏ）、フィルタ部２１５に第二帯域で信号を通過させる（Ｓ１４）。具体的には、制御信号によってスイッチ２５３、２５４を第二バンドパスフィルタ２５２に接続することにより、当該第二バンドパスフィルタ２５２に選択的に信号を通過させる。
【０１０３】
最後に、フィルタ部２１５を通過した信号を信号処理することにより、流体中（本実施の形態では気体中）に含まれる粒子の質量濃度を算出する（Ｓ１５）。
【０１０４】
このように、粒子検出センサ１は、自身が振動状態であるか否かに応じて、フィルタ部２１５の通過帯域を切り替える。つまり、粒子検出センサ１は、振動検出器１０１から出力される信号に応じて動作を切り替える。
【０１０５】
なお、粒子検出センサ１が振動する場合の検出精度の劣化を低減する観点からは、フィルタ部２１５は第一帯域内の信号を通過させればよく、通過帯域を切り替えなくてもかまわない。つまり、上記説明した粒子検出処理のうち、ステップＳ１２及びステップＳ１４は必須の処理ではない。
【０１０６】
［４．適用例］
以上説明した粒子検出センサ１は、移動体に搭載されて気体の質量濃度をモニタリングする（検知する）移動体搭載用気体モニタに適用することができる。
【０１０７】
図９は、本実施の形態に係る移動体搭載用気体モニタ１００の一例を示す外観図であり、（ａ）は当該外観図の全体図であり、（ｂ）は（ａ）の当該外観図の一部拡大図である。
【０１０８】
移動体搭載用気体モニタ１００は、移動体内の空間の気体の質量濃度をモニタリングする、例えば車載用の気体モニタである。なお、移動体搭載用気体モニタ１００がモニタリングする空間は、閉鎖空間に限らず、開放空間であってもかまわないし、あるいは、移動体外の空間の気体であってもかまわない。
【０１０９】
同図に示すように、移動体搭載用気体モニタ１００は、上述した粒子検出センサ１と、当該粒子検出センサ１で算出された質量濃度を表示する表示部１１０とを備える。
【０１１０】
粒子検出センサ１は、例えば、車のフロント部に配置され、フロントパネルに設けられた通気口１２０を介して導入された気体の質量濃度を算出する。また、粒子検出センサ１は、例えば、フロントパネルに設けられたボタン１３０ａ〜１３０ｃによって受け付けられたユーザの指示にしたがって、質量濃度を算出する対象の微小粒子を変更してもよい。
【０１１１】
表示部１１０は、例えば、車のフロントパネルに設けられた液晶表示装置等のモニタ装置である。
【０１１２】
なお、移動体搭載用気体モニタ１００は、このような構成に限らない。例えば、粒子検出センサ１が車のリア部に配置され、表示部１１０がフロント部に配置されていてもかまわない。また、移動体搭載用気体モニタ１００は、移動体に搭載されていればよく、移動体は車に限らず、列車または航空機であってもかまわない。
【０１１３】
［５．まとめ］
以上説明したように、粒子検出センサ１は、気体または液体である流体中（本実施の形態では気体中）に含まれる粒子を検出する粒子検出センサである。粒子検出センサ１は、検知領域ＤＡに光を投光する投光素子１１１、及び、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって散乱された光を受光する受光素子１２１を備える。また、粒子検出センサ１は、受光素子１２１からの出力を示す信号のうち第一帯域内の信号を通過させるフィルタ部２１５を有し、当該フィルタ部２１５を通過した信号を信号処理することにより、流体中に含まれる粒子の質量濃度を算出する信号処理部２０を備える。ここで、第一帯域は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合に検知領域ＤＡの大きさ及び流体の速度によって規定される第二帯域を内包し、かつ、当該第二帯域よりも帯域幅が広い帯域である。
【０１１４】
このようにフィルタ部２１５が第一帯域内の信号を通過させることにより、粒子検出センサ１の振動によって粒子２に対応する信号の周波数成分が変動した場合であっても、粒子２に対応する信号がフィルタ部２１５を通過しやすくなる。よって、粒子検出センサ１が振動した場合であっても、粒子２に対応する信号を用いて質量濃度を算出することができるため、検出精度の劣化を低減することができる。
【０１１５】
また、フィルタ部２１５は、粒子検出センサ１が振動状態の場合、第一帯域内の信号を通過させ、粒子検出センサ１が無振動状態の場合、第二帯域内の信号を通過させる。
【０１１６】
ここで、フィルタ部２１５が通過させる帯域が狭いほど、信号処理部２０による信号処理の負荷を軽減することができる。よって、粒子検出センサ１が振動状態の場合には第一帯域内の信号を通過させることにより検出精度の劣化を低減しつつ、無振動状態の場合には第二帯域の信号を通過させることにより信号処理の負荷の軽減を図ることができる。
【０１１７】
また、フィルタ部２１５は、第一帯域内の信号を通過させる第一バンドパスフィルタ２５１と、第二帯域内の信号を通過させる第二バンドパスフィルタ２５２とを有する。
【０１１８】
このように、第一バンドパスフィルタ２５１と第二バンドパスフィルタ２５２とを独立に設けることにより、第一バンドパスフィルタ２５１及び第二バンドパスフィルタ２５２の通過特性の設計自由度が向上する。よって、第一帯域及び第二帯域を所望の帯域にすることができるため、検出精度の劣化の低減及び信号処理の負荷の軽減を一層図ることができる。
【０１１９】
また、信号処理部２０は、粒子検出センサ１が振動状態であるか無振動状態であるかを示す情報を取得し、取得した情報に応じてフィルタ部２１５に通過させる信号の帯域を切り替えさせる制御部２２４を有する。
【０１２０】
このような情報を取得することにより、粒子検出センサ１の振動状態及び無振動状態に応じてフィルタ部２１５を通過させる信号の帯域を容易に切り替えることができる。
【０１２１】
また、移動体搭載用気体モニタ１００は、上述の粒子検出センサ１と、粒子検出センサ１で算出された質量濃度を表示する表示部１１０とを備える。
【０１２２】
これにより、移動体搭載用気体モニタ１００は、粒子検出センサ１が振動する場合であっても検出精度の劣化が低減された質量濃度を表示することができる。
【０１２３】
また、粒子検出方法は、検知領域ＤＡに光を投光する投光素子１１１、及び、検知領域ＤＡに位置する粒子２によって散乱された光を受光する受光素子１２１を有する粒子検出センサ１を用いて、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する粒子検出方法である。粒子検出方法は、受光素子１２１からの出力を示す信号のうち第一帯域内の信号を通過させるステップ（Ｓ１３）と、通過した信号を信号処理することにより、流体中に含まれる粒子の質量濃度を算出するステップ（Ｓ１５）とを含む。また、第一帯域は、粒子検出センサ１が無振動状態の場合に検知領域ＤＡの大きさ及び流体の速度によって規定される第二帯域を含み、かつ、当該第二帯域よりも帯域幅が広い帯域である。
【０１２４】
このように、第一帯域内の信号を通過させることにより、粒子検出センサ１の振動によって粒子２に対応する信号の周波数成分が変動した場合であっても、粒子２に対応する信号を用いて質量濃度を算出することができる。よって、検出精度の劣化を低減することができる。
【０１２５】
（変形例）
上記実施の形態では、フィルタ部２１５は互いに並列接続された第一バンドパスフィルタ２５１及び第二バンドパスフィルタ２５２を有するとした。しかし、フィルタ部の構成はこれに限らず、例えば、第一帯域を通過させる構成と第二帯域を通過させる構成との少なくとも一部が共通に設けられていてもかまわない。また、上記実施の形態では、フィルタ部２１５は増幅器２１６の前段に設けられていたが、フィルタ部の構成の一部が当該フィルタ部とともに増幅部を構成する増幅器２１６のフィードバックループに設けられていてもかまわない。
【０１２６】
このように構成される増幅部の構成を以下に示す。図１０は、変形例に係る増幅部２１２Ａの構成の一例を示す回路図である。
【０１２７】
同図に示すように、増幅部２１２Ａは、増幅器２１６を構成するオペアンプと、当該増幅器２１６の入力側に配置された容量素子Ｃ２１、スイッチＳＷ２１ａ、ＳＷ２１ｂ及び抵抗素子Ｒ２１ａ、Ｒ２１ｂと、増幅器２１６のフィードバックループに配置された容量素子Ｃ２２、スイッチＳＷ２２ａ、ＳＷ２２ｂ及び抵抗素子Ｒ２２ａ、Ｒ２２ｂとを有する。スイッチＳＷ２１ａ、ＳＷ２１ｂは、制御部２２４からの制御信号によって抵抗素子Ｒ２１ａ、Ｒ２１ｂのいずれか一方を容量素子Ｃ２１と直列接続する。スイッチＳＷ２２ａ、ＳＷ２２ｂは、制御部２２４からの制御信号によって抵抗素子Ｒ２２ａ、Ｒ２２ｂのいずれか一方を容量素子Ｃ２２と並列接続する。
【０１２８】
このように構成された増幅部２１２Ａでは、抵抗素子Ｒ２１ａ、Ｒ２１ｂ、Ｒ２２ａ、Ｒ２２ｂが選択的に接続されることにより、通過帯域を第一帯域と第二帯域とで切り替えることができる。つまり、本変形例では、増幅器２１６の入力端及びフィードバックループに設けられる各素子によってフィルタ部２１５Ａが構成されている。また、本変形例では、容量素子Ｃ２１、Ｃ２２は、第一帯域を通過させる構成と第二帯域を通過させる構成とで共通に設けられている。
【０１２９】
なお、増幅部２１２Ａの構成はこれに限らず、増幅器２１６の入力端及びフィードバックループに設けられる各素子を可変抵抗素子及び可変容量素子とすることにより、通過帯域を第一帯域と第二帯域とで切り替えてもかまわない。つまり、フィルタ部２１５Ａは、制御部２２４により定数を変更可能な素子により構成されていてもよく、互いに並列に設けられた素子を備えなくてもよい。
【０１３０】
（その他の変形例）
以上、本発明について実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。
【０１３１】
例えば、上記説明では、フィルタ部は第一帯域と第二帯域とで通過帯域を切り替えるとしたが、フィルタ部が切り替え可能な帯域はこれに限定されない。例えば、フィルタ部２１５は、第一帯域と、第二帯域とは異なる帯域とで、通過帯域を切り替えてもかまわない。また、フィルタ部２１５は、第一帯域を含む３以上の帯域で通過帯域を切り替えてもかまわない。さらには、フィルタ部は、粒子検出センサ１が振動状態の場合に、粒子検出センサ１の振動量及び振動周波数に応じて、第一帯域内で通過帯域を切り替えてもかまわない。
【０１３２】
また、例えば、フィルタ部は、汎用ＭＰＵ２２の処理負荷の軽減を図る観点から、バンドパスフィルタであることが好ましいが、これに限らず、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタ等であってもかまわない。
【０１３３】
また、上記説明において、粒子を含む媒体は、気体（空気）としたが、気体以外の媒体（水等の液体）であってもよい。つまり、粒子検出センサ１は、気体または液体である流体中に含まれる粒子を検出する。
【０１３４】
また、上記説明において、汎用ＭＰＵ２２内の各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
【０１３５】
また、汎用ＭＰＵ２２を構成する構成要素（機能）の一部または全ては、粒子検出センサ１を備える各種機器（例えば、移動体搭載用気体モニタ１００）に搭載されたマイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の一部として実現されていてもかまわない。
【０１３６】
また、本発明は、このような粒子検出センサ１として実現することができるだけでなく、粒子検出センサ１が行うステップ（処理）を含む方法として実現できる。
【０１３７】
例えば、それらのステップは、コンピュータ（コンピュータシステム）によって実行されてもよい。そして、本発明は、それらの方法に含まれるステップを、コンピュータに実行させるためのプログラムとして実現できる。さらに、本発明は、そのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ等である非一時的なコンピュータ読み取り可能な記録媒体として実現できる。
【０１３８】
例えば、本発明が、プログラム（ソフトウェア）で実現される場合には、コンピュータのＣＰＵ、メモリおよび入出力回路等のハードウェア資源を利用してプログラムが実行されることによって、各ステップが実行される。つまり、ＣＰＵがデータをメモリまたは入出力回路等から取得して演算したり、演算結果をメモリまたは入出力回路等に出力したりすることによって、各ステップが実行される。
【０１３９】
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素および機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１４０】
１  粒子検出センサ
２  粒子
２０  信号処理部
１００  移動体搭載用気体モニタ
１１０  表示部
１１１  投光素子
１２１  受光素子
２１５、２１５Ａ  フィルタ部
２５１  第一バンドパスフィルタ
２５２  第二バンドパスフィルタ
２２４  制御部
【図１】
2017142176.tif 000003
【図２】
2017142176.tif 000004
【図３】
2017142176.tif 000005
【図４】
2017142176.tif 000006
【図５】
2017142176.tif 000007
【図６】
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【図７】
2017142176.tif 000009
【図８】
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【図９】
2017142176.tif 000011
【図１０】
2017142176.tif 000012