(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータによりガス検出用の金属酸化物半導体を加熱するようにしたガスセンサを用いて、前記ガスセンサの清浄空気中に対応する出力を元に基準値を定めて、該基準値とガスセンサの出力とを比較してガスを検出するようにした装置において、
節電モードと通常モードとを設けて、節電モードでは前記ヒータを間欠的にオンして、加熱時のガスセンサの出力を元に前記基準値を更新するための手段を設け、通常モードでは、節電モードで更新された基準値を元にガスの検出を開始するようにしたことを特徴とする、ガス検出装置。
【請求項２】
節電モードで前記加熱時のガスセンサの出力を元にガスを検出し、ガス検出時に節電モードでの基準値の更新を禁止するようにしたことを特徴とする、請求項１のガス検出装置。
【請求項３】
節電モードから通常モードへの移行後、所定時間動作するタイマを設けて、該タイマの動作時間の間、空調装置を強制的に運転するようにしたことを特徴とする、請求項１または２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、金属酸化物半導体を用いたガスの検出に関する。
【０００２】
【従来技術】
出願人らは、ヒータとガス検出用の金属酸化物半導体とを備えたガスセンサを用い、ガスセンサの出力から清浄雰囲気中に対応すると推定される出力をサンプリングして基準値とし、この基準値を各時点でのガスセンサの出力と比較してガスを検出するようにした装置を提案した（特公平６−７８９７）。この装置は例えば空気清浄機の制御に用い、基準値には過去の所定区間でのガスセンサ出力の最小値等を用いる。
【０００３】
しかしながら、このようなガス検出装置では、電源投入後ガスの検出が可能になるまでに２分程度の時間を要し、また汚染した雰囲気中で電源を投入すると汚染した雰囲気に対応する基準値しか得られないので、検出ができないとの問題があった。このようなガス検出装置では、雰囲気が汚染しているので電源を投入するという使い方がされる場合が多く、このような場合に汚染の検出が可能になるまでの待ち時間が長く、汚染雰囲気中でスタートすると汚染を検出できないことは、大きな問題であった。
【０００４】
【発明の課題】
この発明の課題は、スタート時に汚染の検出が可能になるまでの待ち時間が短く、かつ汚染した雰囲気中でスタートしてもガスを検出できるガス検出装置を提供することにある（請求項１〜３）。
請求項２の発明の追加の課題は、スタート前から汚染した雰囲気にガスセンサが置かれている場合でも、ガスを検出できるようにすることにある。
請求項３の発明の追加の課題は、スタート後のガスの検出を速めることにある。
【０００５】
【発明の構成】
この発明は、ヒータによりガス検出用の金属酸化物半導体を加熱するようにしたガスセンサを用いて、前記ガスセンサの清浄空気中に対応する出力を元に基準値を定めて、該基準値とガスセンサの出力とを比較してガスを検出するようにした装置において、節電モードと通常モードとを設けて、節電モードでは前記ヒータを間欠的にオンして、加熱時のガスセンサの出力を元に前記基準値を更新するための手段を設け、通常モードでは、節電モードで更新された基準値を元にガスの検出を開始するようにしたことを特徴とするガス検出装置にある。
【０００６】
ここで基準値は、通常モードでの少なくともスタート時の付近で用いれば良く、例えば基準値の他にガスセンサ出力の微分等による汚染の検出を併用しても良い。節電モードでのヒータのオンとオフの比率などは、ガスセンサの種類に応じて定めれば良く、節電モードでサンプリングするガスセンサ出力は金属酸化物半導体の加熱時のものであり、例えばヒータオフ後で金属酸化物半導体が加熱されている時点の出力でも良い。この発明は好ましくは、空気の汚染を検出して空気清浄機や換気扇、エアコン等を制御するために用いるが、ガスの検出一般に用いても良い。
【０００７】
好ましくは、節電モードで前記加熱時のガスセンサの出力を元にガスを検出し、ガス検出時に節電モードでの基準値の更新を禁止するようにする。
さらに好ましくは、節電モードから通常モードへの移行後、所定時間動作するタイマを設けて、該タイマの動作時間の間、空調装置を強制的に運転するようにする。
【０００８】
【発明の作用と効果】
発明者は、節電モードで間欠的にガスセンサのヒータのオンし、加熱時のガスセンサ出力を元に基準値を更新して、ヒータを連続的にオンしている場合と実質的に同等に基準値を更新できることを見出した。そこで節電モードで間欠的にヒータをオンすれば、小さな消費電力で基準値を更新して行くことができる。そしてこの基準値で通常モードへの移行時のガスの検出を行えば、検出が可能になるまでの待ち時間を短縮できる。さらに汚染雰囲気中で通常モードへ移行した場合、清浄雰囲気中に対応する基準値が得られているので、ガスを検出できる。このため、汚染雰囲気中で通常モードへ移行した際も、ガスを検出できる（請求項１）。
【０００９】
請求項２の発明では、節電モードで雰囲気が汚染されている際に、基準値が汚染された雰囲気に応じて更新されることを防止する。例えば節電モードで記憶されている基準値等とガスセンサの出力を比較すれば、汚染の有無を検出できる。そこで汚染雰囲気に応じて基準値が更新されることを防止できる。
【００１０】
請求項３の発明では、通常モードへ移行後所定時間の間、強制的に空調装置を駆動する。このため雰囲気の撹拌が進んで、その後のガスの検出が速やかになる。また換気や空気の浄化などが必要であると感じて電源をオンしたユーザーの感覚にもフィットする。
【００１１】
【実施例】
図１〜図６に実施例を示す。図１において、２は金属酸化物半導体ガスセンサで、４はそのヒータ、６はガス検出用の金属酸化物半導体である。ガスセンサ２の種類は任意であるが、ここでは出願人のＳｎＯ２系ガスセンサＴＧＳ２６００（ＴＧＳ２６００は商品名）を用いるものとする。８は負荷抵抗で、１０はヒータ４のオンオフ用のスイッチで、ここではヒータ４のオンと同期して金属酸化物半導体６に検出電圧を加えるようにし、１２は電源である。
【００１２】
１４は信号処理用のマイクロコンピュータで、ＡＤコンバータ１６で負荷抵抗８への出力をＡＤ変換し、かつ変換した出力を金属酸化物半導体６の抵抗値に換算する。基準値更新部１８で基準値STDの記憶と更新を行い、かつ基準値STDに関連する現区間でのガスセンサ２の最小出力（金属酸化物半導体６の最大抵抗値）、前回の区間での金属酸化物半導体６の最大抵抗値等を記憶する。汚れ検出部２０は、基準値STDと金属酸化物半導体６の抵抗値とを比較し、基準値よりも金属酸化物半導体６の抵抗値が所定の割合以上小さいときに、汚染を検出する。なお基準値を用いたガスの検出の他に、金属酸化物半導体６の抵抗値の微分等でのガスの検出を行っても良い。ただし微分では基準値を作ることができず、また微分ではスタート時から雰囲気が汚染している場合、検出できない。
【００１３】
２２はモード管理部で、通常モード（使用者が電源ボタンをオンした状態に対応し、ヒータ４は連続オン）と節電モードのいずれであるかに応じて、マイクロコンピュータ１４の各部を管理する。２４はスタート処理部で、節電モードから通常モードへ移行した場合に、所定期間の間、例えば弱の汚染信号を出力する。タイマ２６は、節電モードでスイッチ１０を間欠的にオンする。２８は空調負荷としての空気清浄機のファンモータで、３０はＬＥＤ等の汚染の表示部である。
【００１４】
図２〜図４に節電モードでのガスセンサ２の特性を示し、各グループはセンサ１０個の信号の分布あるいは平均値を示す。実施例では、節電モードはタイマ２６により３０分周期（好ましくは３分〜１２０分周期）で動作し、内の１分、２分、あるいは３分の間、ヒータ４をオンした。実施例ではガスセンサ２の通常使用条件でのヒータ電圧を節電モードで加えたが、例えば通常のヒータ電圧よりやや高めのヒータ電圧でヒートクリーニングした後に、通常のヒータ電圧を加えても良い。ヒータ４のオン期間は、ガスセンサ２の熱時定数などに応じて定める。各図の１−２９分は１分オン／２９分オフを、２−２８分は２分オン／２８分オフを、３−２７分は３分オン／２７分オフを、REFはヒータ４の連続オンを示す。
【００１５】
図２は、約４００サイクルの間、節電モードでガスセンサ２を駆動し、最初のサイクルと以降の５０サイクル毎に、１サイクル中でのヒータオン時を含む１８０秒間のセンサ抵抗Ｒｓを示したものである。節電モードでは、ヒータオン時のセンサ抵抗の最大値はヒータオン時の最後の時点に現れ、この出力をサンプリングする。図３は、これらの４００サイクルに対して各条件での節電モードのヒータオン時の最後の時点での抵抗値と、連続駆動モードREF（通常モード）での同じ時点での抵抗値の挙動を示す。図２，図３から明らかなように、ヒータオンの終了時付近でのセンサ出力をサンプリングすると、この抵抗値の高低は、１−２９分等の節電モードでも、連続駆動でも相関がある。言い換えると節電モードで基準値を更新すると、通常モードで基準値を更新しているのと、同等の結果が得られる。図２，図３から明らかなように、このようにして得られる節電モードでの基準値は、連続駆動の場合の基準値よりもやや高くなる。このため好ましくは、節電モードではサンプリングした抵抗値に０.５〜０.８程度の常数を乗算して抵抗値を小さくしたものを基準値の更新に用いる。
【００１６】
図４は節電モードでの清浄空気中と水素１０ppm中とでの挙動を示し、基準値とヒータオンの終了時にサンプリングした金属酸化物半導体６の抵抗値とを比較すれば、節電モードでもガスの検出ができることが分かる。そして節電モードで、ガスを検出した場合（汚染時）には、基準値の更新を禁止する。なお基準値以外に、前のサイクルのセンサ出力等を記憶している場合は、前のサイクルのセンサ出力等と今サイクルのセンサ出力の比較等から、汚染を検出しても良い。
【００１７】
図５，図６に、実施例の動作アルゴリズムと動作タイミングとを示す。電源スイッチのオフで節電モードへ移行し、このモードでは、タイマ２６を用いて例えば３０分に１〜３分程度ヒータ４をオンし、その最後のタイミングの金属酸化物半導体６の抵抗値をＡＤ変換で求め、好ましくはこれに０.５〜０.８等の常数を乗算したものを基準値の候補に用いる。なお節電モードでサンプリングする金属酸化物半導体６の抵抗値は、ヒータオン直後に生じる抵抗値の極小値を通過以降の値で有ればよい。また実際の抵抗値やそれに適宜の定数を乗算して補正したものを用いるほかに、図２の抵抗値の波形を外挿したものなどを用いても良い。
【００１８】
基準値更部１８は、基準値STD、前サイクルでのセンサの抵抗値（前記の常数を乗算済み）を記憶しており、今サイクルで求めた抵抗値が基準値STDに対して所定の割合以上小さくないことを条件に汚染がないものとし、前サイクルの抵抗値と今サイクルの抵抗値のうち、高い方を新たな基準値STDとする。これと同時に今サイクルの抵抗値を、次回の基準値更新用に記憶する。そして電源スイッチがオンすると、通常モードへ移行する。
【００１９】
通常モードでは、このモードへ移行後、スタート処理部２４で例えば１分間ファン２８へ弱運転の指令を送り、空気を撹拌すると共に部分的に浄化する。図４から明らかなように、１分間経過するとガスの検出が可能で、節電モードで更新した基準値STDに対して、金属酸化物半導体６の抵抗値が所定割合以上小さいと汚染とし、汚染の程度に応じて弱、中、強等の運転を指令し、表示部３０へ表示信号を送る。金属酸化物半導体６の抵抗値は、煙の除去等の処理が進んでも低下しないことがあり、このような場合、例えばファン２８の運転時間をタイマで制限し、ファン２８を停止させる。またファン２８をオフした前後の金属酸化物半導体６の抵抗値を、新たな基準値STDとする。
【００２０】
汚染の検出が無い場合、例えば８分〜３０分程度の区間内でのセンサ抵抗の最大値と、基準値更新部１８に記憶した前区間での最大抵抗値との高い方を、次の区間の基準値とする。この区間は、節電モードでのサイクルの周期と同じでも別でも良い。通常モードでの基準値は、ここでは区間の最大抵抗値を候補としたが、これに限るものではない。
【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】  実施例での、節電モードでのガスセンサの出力を示す図
【図３】  実施例で、節電モードでの基準値の推移を示す図
【図４】  実施例で、節電モードで水素にふれた際のガスセンサの出力を示す図
【図５】  実施例のガス検出装置の動作フローチャート
【図６】  実施例のガス検出装置の動作タイミングを示す図
【符号の説明】
２ ガスセンサ
４ ヒータ
６ 金属酸化物半導体
８ 負荷抵抗
１０ スイッチ
１２ 電源
１４ マイクロコンピュータ
１６ ＡＤコンバータ
１８ 基準値更新部
２０ 汚れ検出部
２２ モード管理部
２４ スタート処理部
２６ タイマ
２８ ファンモータ
３０ 表示部
【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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