JP2832071B2 - 空気汚染度検出装置 - Google Patents
空気汚染度検出装置Info
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- B60H3/0085—Smell or pollution preventing arrangements
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B60H1/008—Control systems or circuits characterised by their input, i.e. by the detection, measurement or calculation of particular conditions, e.g. signal treatment, dynamic models the input being air quality
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/075—Investigating concentration of particle suspensions by optical means
-
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- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空気汚染度検出装置に係り、特に、吸排機
関における吸気中の汚れの度合いが予め定められた許容
レベルを越えたときに、警告信号を発するように図られ
た空気汚染度検出装置に関する。
関における吸気中の汚れの度合いが予め定められた許容
レベルを越えたときに、警告信号を発するように図られ
た空気汚染度検出装置に関する。
従来、吸排機関、例えば、内燃機関等の吸気中の汚れ
が過度になったとき、汚れていることを表示する、比較
的安価な装置が求められている。
が過度になったとき、汚れていることを表示する、比較
的安価な装置が求められている。
けれども、空気の汚れはさまざまな物質および形状で
微小サイズの分布からなるので、吸気中の汚れと関連し
た単一の要素を正確に定義することは困難である。
微小サイズの分布からなるので、吸気中の汚れと関連し
た単一の要素を正確に定義することは困難である。
エンジン摩耗の度合にかなり関連がある一つの要素
は、吸気中の単位量当たりの最小サイズの粒子よりも大
きな粒子数を選択することにより空気汚染度を知ること
ができる。気流中の粒子数を数える技術はすでに存在す
る。このような方式では、光線に気流を通り抜けさせ、
気流中の粒子からの光線の散乱光が、パルスを発生する
光検出器によって検出され、単位時間当りの粒子数を数
えて表示させることができる。
は、吸気中の単位量当たりの最小サイズの粒子よりも大
きな粒子数を選択することにより空気汚染度を知ること
ができる。気流中の粒子数を数える技術はすでに存在す
る。このような方式では、光線に気流を通り抜けさせ、
気流中の粒子からの光線の散乱光が、パルスを発生する
光検出器によって検出され、単位時間当りの粒子数を数
えて表示させることができる。
しかしながら、このような従来の空気汚染度検出装置
にあっては、単位時間当りのパルス数を数えるという構
成となっていたため、以下に述べるような問題点があっ
た。
にあっては、単位時間当りのパルス数を数えるという構
成となっていたため、以下に述べるような問題点があっ
た。
すなわち、この技術に用いられるセンサは異なるサイ
ズの粒子や形状および物質に応じて異なる検出方法をと
らねばならない。その他にも、光線を通り抜ける粒子の
位置の変化が検出応答の変化の原因となる。その結果、
このようなセンサの検出応答の全てを解析することはか
なり複雑なものとなる。なおその上に、内燃機関中の吸
気は広範囲にわたってまちまちのまばらな速度で流れて
おり、このため、単位時間当りのパルス数を数えるだけ
では、通常の操作状態以下の吸気中の単位量当たりの粒
子数を表示することにはならないという問題点があっ
た。
ズの粒子や形状および物質に応じて異なる検出方法をと
らねばならない。その他にも、光線を通り抜ける粒子の
位置の変化が検出応答の変化の原因となる。その結果、
このようなセンサの検出応答の全てを解析することはか
なり複雑なものとなる。なおその上に、内燃機関中の吸
気は広範囲にわたってまちまちのまばらな速度で流れて
おり、このため、単位時間当りのパルス数を数えるだけ
では、通常の操作状態以下の吸気中の単位量当たりの粒
子数を表示することにはならないという問題点があっ
た。
そこで本発明は、吸気中の汚れの度合いを正確に検出
することのできる空気汚染度検出装置を提供することを
目的としている。
することのできる空気汚染度検出装置を提供することを
目的としている。
本発明による空気汚染度検出装置は上記目的達成のた
め、気流の汚れが予め定められた最大限度を越えたとき
を決定する空気汚染度検出装置であって、前記気流中の
粒子に応じてパルスをパルス列として発生する手段と、
前記パルスのデューティサイクルを検出し、該パルスの
デューティサイクルが、所定の選択値以上であるとき
に、出力信号を発生する手段と、を備え、前記気流中の
種々の粒子に応じてそれぞれのパルスを発生し、それぞ
れのパルスの持続時間を気流の速度とともに変化させる
ように構成している。
め、気流の汚れが予め定められた最大限度を越えたとき
を決定する空気汚染度検出装置であって、前記気流中の
粒子に応じてパルスをパルス列として発生する手段と、
前記パルスのデューティサイクルを検出し、該パルスの
デューティサイクルが、所定の選択値以上であるとき
に、出力信号を発生する手段と、を備え、前記気流中の
種々の粒子に応じてそれぞれのパルスを発生し、それぞ
れのパルスの持続時間を気流の速度とともに変化させる
ように構成している。
本発明では、気流中の粒子に応じてパルスがパルス列
として発生され、このパルスのデューティサイクルが検
出される。
として発生され、このパルスのデューティサイクルが検
出される。
したがって、吸気中の汚れの度合いが正確に検出され
る。
る。
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係る空気汚染度検出装置の一実施例
を示し、空気汚染度検出装置はレーザダイオード11を備
え、レーザダイオード11は管形レンズ支持枠（以下、レ
ンズホルダという）13に固定された、光を平行にする光
学素子を有している。ミラー15は、レーザ光線を受け取
り、レンズ19を透過させるために、レンズホルダ13の中
央の柱17に固定され、レンズ19は、レンズホルダ13に固
定されている。レンズ19を通過するレーザ光線は、吸排
機関の吸気が導入されるダクト21に入る。レンズ19でダ
クト21の内側にレーザ光線を細い光線に集中すると、光
線の密度分布は光線の中央で高密度または熱点となり、
光線の端に行けば行くほど低密度となって減っていく。
柱17は、レンズホルダ13を通過する孔内の雌ネジ山に噛
み合わせが一致するようにネジ山が形成され、レンズホ
ルダ13の中央のミラー15の位置を調整できるようになっ
ている。柱17の端部にねじ込まれたナット23は、柱17の
所定の位置に固定する。レンズホルダ17の後方の外面側
部にはネジ山が形成され、このネジ山と対になるように
内面側部にネジ山が形成されたカップ形状のマウント25
にフォトダイオード27が固定され、フォトダイオード27
はレンズホルダ13の軸上に取り付けられている。マウン
ト25とレンズホルダ13との間のネジ結合によってフォト
ダイオード27の軸上の位置を精密に調整することができ
る。２番目のレンズ29は、レンズ19からミラー15の軸方
向反対側のレンズホルダ13内に嵌め込まれて設けられて
いる。レンズ19,29は、フォトダイオード27の上へダク
ト21の内側の熱点からの散乱させられた光を集中させる
ように作用する。レンズホルダ13、マウント25、および
レーザダイオード11、また、回路板32上に取り付けられ
たシステムのエレクトロニクス装置もハウジング31内に
全て収められる。
を示し、空気汚染度検出装置はレーザダイオード11を備
え、レーザダイオード11は管形レンズ支持枠（以下、レ
ンズホルダという）13に固定された、光を平行にする光
学素子を有している。ミラー15は、レーザ光線を受け取
り、レンズ19を透過させるために、レンズホルダ13の中
央の柱17に固定され、レンズ19は、レンズホルダ13に固
定されている。レンズ19を通過するレーザ光線は、吸排
機関の吸気が導入されるダクト21に入る。レンズ19でダ
クト21の内側にレーザ光線を細い光線に集中すると、光
線の密度分布は光線の中央で高密度または熱点となり、
光線の端に行けば行くほど低密度となって減っていく。
柱17は、レンズホルダ13を通過する孔内の雌ネジ山に噛
み合わせが一致するようにネジ山が形成され、レンズホ
ルダ13の中央のミラー15の位置を調整できるようになっ
ている。柱17の端部にねじ込まれたナット23は、柱17の
所定の位置に固定する。レンズホルダ17の後方の外面側
部にはネジ山が形成され、このネジ山と対になるように
内面側部にネジ山が形成されたカップ形状のマウント25
にフォトダイオード27が固定され、フォトダイオード27
はレンズホルダ13の軸上に取り付けられている。マウン
ト25とレンズホルダ13との間のネジ結合によってフォト
ダイオード27の軸上の位置を精密に調整することができ
る。２番目のレンズ29は、レンズ19からミラー15の軸方
向反対側のレンズホルダ13内に嵌め込まれて設けられて
いる。レンズ19,29は、フォトダイオード27の上へダク
ト21の内側の熱点からの散乱させられた光を集中させる
ように作用する。レンズホルダ13、マウント25、および
レーザダイオード11、また、回路板32上に取り付けられ
たシステムのエレクトロニクス装置もハウジング31内に
全て収められる。
動作は、レーザ光線の熱点に出会う粒子は全ての方向
に光を散乱する。熱点からの後方散乱光は、レンズ19,2
9によって集中され、フォトダイオード27上に集められ
る。その結果、ダクト21内のレーザ光線の熱点を通過し
ている各粒子によってフォトダイオード27がパルスを発
生する。粒子に応じてフォトダイオード27によって発生
したパルスは増幅器58によって増幅される。増幅器58の
出力は負のパルスである。第２図に示すように、この負
のパルスは差動比較器33の負の側に加えられ、正の側に
は電位差計28のタップが結合され、電位差計28が差動比
較器33に加えて操作する閾電圧を０から−1vまで変化さ
せることができる。その結果、差動比較器33では加えら
れたパルスから閾電圧を差し引き、閾電圧よりも大きな
振幅を有するパルスのみをアンドゲート35に出力し、発
振器36からの１メガヘルツのパルスを受け取るために、
発振器36の出力もまたアンドゲート35に接続されてい
る。結果として、閾電圧よりも大きな振幅を有する負の
パルスは、差動増幅器として働く差動比較器33から加え
られるパルスの所要時間の間、発振器36からアンドゲー
ト35に通す１メガヘルツのパルスによってアンドゲート
35をイネーブル状態にする。アンドゲート35を通るパル
スは計数器37によって数えられ、その最大カウント数は
ディップスイッチ39によって制御される。計数器37のカ
ウントがいっぱいになり、計数器37が０に再循環される
毎に、計数器41にパルスが加えられ、計数選択のディッ
プスイッチ43を通って単安定リトリガマルチバイブレー
タ45に接続される。計数器41はディップスイッチ43によ
って選択されたカウントに達すると、計数器41は単安定
リトリガマルチバイブレータ45にパルスを出力し、それ
が単安定トリガマルチバイブレータ45が出力パルスを１
秒間発生させることとなる。その単安定リトリガマルチ
バイブレータ45からの出力パルスは、増幅器47によって
増幅されて、リレーをなすコイル49に加えられ、増幅器
47からのパルスを受け取るのに応じて警告ライトに電気
を通じるスイッチ51が閉じる。発振器36から出力された
１メガヘルツのパルスは、計数器53によって数えられ、
計数器53は再循環して、出力パルスを約64ミリ秒毎に発
生させる。計数器53によって発生された出力パルスは計
数器54によって数えられ、計数器54は計数選択のディッ
プスイッチ55を通って単安定マルチバイブレータ57に接
続される。ディップスイッチ55は、計数器54が再循環し
て単安定マルチバイブレータ57にパルスを与えるときの
カウントを選択する。ディップスイッチ55の手段によ
り、計数器54は、128ミリ秒から16秒の範囲内で再循環
するように時間を調節することができる。計数器54が出
力パルスを発生するとき、それは単安定マルチバイブレ
ータ57をトリガーし、単安定マルチバイブレータ57は、
計数器37,41をリセットするために、計数器37,41に与え
る１マイクロ秒の出力パルスを発生させる。その結果、
この回路は、再循環している計数器54に応じて計数器41
がリセットされる前にオーバーフローするのに十分なパ
ルスを受けると、単安定リトリガマルチバイブレータ45
が警告ライトを発するようにトリガーする。この配置に
より、差動比較器33の出力パルスのデューティサイクル
が、予めディップスイッチ39,43,55によって選択された
デューティサイクル量より以上のとき、コイル49（リレ
ー）は必ず警告ライトをつける。このように、光検出器
27の出力パルスのデューティサイクルが電位差計28で設
定された閾電圧よりも十分に大きく、予め設定されたデ
ューティサイクル量よりも大きな場合、警告ライトが発
せられる。与えられた大きさを越える粒子によって発生
したパルスのデューティサイクルに応答することによ
り、システムは、吸気ダクト21を通る空気のスピードに
関わらず、最小サイズ以上の単位量当りの粒子数が予め
定められた量を越えたとき、警告ライトに電気を通す。
吸気が比較的低い速度のとき、例えば、エンジンがアイ
ドリング状態にあるとき、粒子はレーザ光線に長くさら
され、このようにして、光検出器27によって発生するパ
ルスも長くなる。このように、光検出器27から与えられ
た出力パルスにおいて発振器36からの多数のサイクル
が、計数器37によって数えられる。一方、吸気が比較的
速い速度のとき、光検出器27からのパルスが短くなる
が、光検出器27からの単位時間当りに多数のパルスが、
出力パルス列中に発生する。結果として、与えられた単
位時間にわたって計数器37,41に蓄積されたカウント
は、吸気の速度に関わらず同じであり、レーザ光線を通
る単位時間当りのパルス数によらず、しかしその代わり
に、単安定マルチバイブレータのの出力によってリセッ
トされるときに、蓄積されたカウントが、パルスのデュ
ーティサイクルとともに変化する。このデューティサイ
クルは、単位量当りの大きな粒子の数とともに変化し、
このようにして、吸気ダクトを通る空気の汚なさを正し
く表示する。
に光を散乱する。熱点からの後方散乱光は、レンズ19,2
9によって集中され、フォトダイオード27上に集められ
る。その結果、ダクト21内のレーザ光線の熱点を通過し
ている各粒子によってフォトダイオード27がパルスを発
生する。粒子に応じてフォトダイオード27によって発生
したパルスは増幅器58によって増幅される。増幅器58の
出力は負のパルスである。第２図に示すように、この負
のパルスは差動比較器33の負の側に加えられ、正の側に
は電位差計28のタップが結合され、電位差計28が差動比
較器33に加えて操作する閾電圧を０から−1vまで変化さ
せることができる。その結果、差動比較器33では加えら
れたパルスから閾電圧を差し引き、閾電圧よりも大きな
振幅を有するパルスのみをアンドゲート35に出力し、発
振器36からの１メガヘルツのパルスを受け取るために、
発振器36の出力もまたアンドゲート35に接続されてい
る。結果として、閾電圧よりも大きな振幅を有する負の
パルスは、差動増幅器として働く差動比較器33から加え
られるパルスの所要時間の間、発振器36からアンドゲー
ト35に通す１メガヘルツのパルスによってアンドゲート
35をイネーブル状態にする。アンドゲート35を通るパル
スは計数器37によって数えられ、その最大カウント数は
ディップスイッチ39によって制御される。計数器37のカ
ウントがいっぱいになり、計数器37が０に再循環される
毎に、計数器41にパルスが加えられ、計数選択のディッ
プスイッチ43を通って単安定リトリガマルチバイブレー
タ45に接続される。計数器41はディップスイッチ43によ
って選択されたカウントに達すると、計数器41は単安定
リトリガマルチバイブレータ45にパルスを出力し、それ
が単安定トリガマルチバイブレータ45が出力パルスを１
秒間発生させることとなる。その単安定リトリガマルチ
バイブレータ45からの出力パルスは、増幅器47によって
増幅されて、リレーをなすコイル49に加えられ、増幅器
47からのパルスを受け取るのに応じて警告ライトに電気
を通じるスイッチ51が閉じる。発振器36から出力された
１メガヘルツのパルスは、計数器53によって数えられ、
計数器53は再循環して、出力パルスを約64ミリ秒毎に発
生させる。計数器53によって発生された出力パルスは計
数器54によって数えられ、計数器54は計数選択のディッ
プスイッチ55を通って単安定マルチバイブレータ57に接
続される。ディップスイッチ55は、計数器54が再循環し
て単安定マルチバイブレータ57にパルスを与えるときの
カウントを選択する。ディップスイッチ55の手段によ
り、計数器54は、128ミリ秒から16秒の範囲内で再循環
するように時間を調節することができる。計数器54が出
力パルスを発生するとき、それは単安定マルチバイブレ
ータ57をトリガーし、単安定マルチバイブレータ57は、
計数器37,41をリセットするために、計数器37,41に与え
る１マイクロ秒の出力パルスを発生させる。その結果、
この回路は、再循環している計数器54に応じて計数器41
がリセットされる前にオーバーフローするのに十分なパ
ルスを受けると、単安定リトリガマルチバイブレータ45
が警告ライトを発するようにトリガーする。この配置に
より、差動比較器33の出力パルスのデューティサイクル
が、予めディップスイッチ39,43,55によって選択された
デューティサイクル量より以上のとき、コイル49（リレ
ー）は必ず警告ライトをつける。このように、光検出器
27の出力パルスのデューティサイクルが電位差計28で設
定された閾電圧よりも十分に大きく、予め設定されたデ
ューティサイクル量よりも大きな場合、警告ライトが発
せられる。与えられた大きさを越える粒子によって発生
したパルスのデューティサイクルに応答することによ
り、システムは、吸気ダクト21を通る空気のスピードに
関わらず、最小サイズ以上の単位量当りの粒子数が予め
定められた量を越えたとき、警告ライトに電気を通す。
吸気が比較的低い速度のとき、例えば、エンジンがアイ
ドリング状態にあるとき、粒子はレーザ光線に長くさら
され、このようにして、光検出器27によって発生するパ
ルスも長くなる。このように、光検出器27から与えられ
た出力パルスにおいて発振器36からの多数のサイクル
が、計数器37によって数えられる。一方、吸気が比較的
速い速度のとき、光検出器27からのパルスが短くなる
が、光検出器27からの単位時間当りに多数のパルスが、
出力パルス列中に発生する。結果として、与えられた単
位時間にわたって計数器37,41に蓄積されたカウント
は、吸気の速度に関わらず同じであり、レーザ光線を通
る単位時間当りのパルス数によらず、しかしその代わり
に、単安定マルチバイブレータのの出力によってリセッ
トされるときに、蓄積されたカウントが、パルスのデュ
ーティサイクルとともに変化する。このデューティサイ
クルは、単位量当りの大きな粒子の数とともに変化し、
このようにして、吸気ダクトを通る空気の汚なさを正し
く表示する。
このようにして、オペレータにはエンジンによって受
けられる空気が過度に汚れ、かつ、調整が必要であると
きの正しい表示が与えられる。例えば、エアフィルター
が破れてしまったり、あるいは、設置が悪い場合に吸気
が汚くなる。
けられる空気が過度に汚れ、かつ、調整が必要であると
きの正しい表示が与えられる。例えば、エアフィルター
が破れてしまったり、あるいは、設置が悪い場合に吸気
が汚くなる。
本発明では、吸気中の汚れの度合いを正確に検出で
き、吸気中の汚れの度合いが予め定められた許容レベル
を越えたときに、正しく警告信号を発することができ
る。
き、吸気中の汚れの度合いが予め定められた許容レベル
を越えたときに、正しく警告信号を発することができ
る。
第１図は本発明の空気汚染度検出装置を示し、その粒子
検出室を説明する図、 第２図は本発明のシステム構成を示し、その回路構成の
ブロック図である。 11……レーザダイオード、 13……レンズホルダ、 15……ミラー、 17……柱、 19……レンズ、 21……ダクト、 23……ナット、 25……マウント、 27……フォトダイオード、 28……電位差計、 31……ハウジング、 32……回路板、 33……差動比較器、 35……アンドゲート、 36……発振器、 37……計数器、 39……ディップスイッチ、 41……計数器、 43……ディップスイッチ、 45……単安定リトリガマルチバイブレータ、 47……増幅器、 49……コイル（リレー）、 51……スイッチ、 53……計数器、 54……計数器、 55……ディップスイッチ、 57……単安定マルチバイブレータ、 58……増幅器。
検出室を説明する図、 第２図は本発明のシステム構成を示し、その回路構成の
ブロック図である。 11……レーザダイオード、 13……レンズホルダ、 15……ミラー、 17……柱、 19……レンズ、 21……ダクト、 23……ナット、 25……マウント、 27……フォトダイオード、 28……電位差計、 31……ハウジング、 32……回路板、 33……差動比較器、 35……アンドゲート、 36……発振器、 37……計数器、 39……ディップスイッチ、 41……計数器、 43……ディップスイッチ、 45……単安定リトリガマルチバイブレータ、 47……増幅器、 49……コイル（リレー）、 51……スイッチ、 53……計数器、 54……計数器、 55……ディップスイッチ、 57……単安定マルチバイブレータ、 58……増幅器。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 15/00 - 15/14 ＪＩＣＳＴ
Claims (6)
- 【請求項１】気流の汚れが予め定められた最大限度を越
えたときを決定する空気汚染度検出装置であって、 前記気流中の粒子に応じてパルスをパルス列として発生
する手段と、 前記パルスのデューティサイクルを検出し、該パルスの
デューティサイクルが、所定の選択値以上であるとき
に、出力信号を発生する手段と、を備え、 前記気流中の種々の粒子に応じてそれぞれのパルスを発
生し、それぞれのパルスの持続時間を気流の速度ととも
に変化させることを特徴とする空気汚染度検出装置。 - 【請求項２】前記デューティサイクルを検出する手段
は、高周波パルス源と、 前記パルス列中にパルスが存在するとき、該高周波パル
スを計数できるように連結された計数器と、 該計数器を周期的にリセットする手段と、 該計数器が予め選択された大きさに達したとき、前記出
力信号を発生する手段と、 を有することを特徴とする請求項１記載の空気汚染度検
出装置。 - 【請求項３】前記気流は、内燃機関の吸気であることを
特徴とする請求項１記載の空気汚染度検出装置。 - 【請求項４】前記パルス列を発生する手段は、前記気流
中に光線を直接照射する手段と、 前記光線からの光散乱を検出し、前記気流中の粒子に応
じて前記パルスを発生する光検出手段と、を有すること
を特徴とする請求項１記載の空気汚染度検出装置。 - 【請求項５】前記気流中に光線を直接照射する手段は、
該気流中に該光線を反射するように位置されたミラー
と、 前記ミラーからの反射光を該気流の中央部に集光させる
ように位置したレンズと、 前記レンズを含み、該気流中の粒子によって該光線から
の散乱光を集めて、該散乱光を前記光検出手段上に導く
手段と、 を有することを特徴とする請求項４記載の空気汚染度検
出装置。 - 【請求項６】前記パルス列中のパルスの振幅は、前記気
流中の粒子の大きさにしたがって変わり、 該パルスのデューティサイクルとパルス列を検出する手
段が、所定値より大きな振幅を有するパルスにのみ応答
することを特徴とする請求項１記載の空気汚染度検出装
置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US358,637 | 1989-05-30 | ||
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