JPH01199144A - 雰囲気の汚染検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ この発明は、ガスセンサを用いた雰囲気の汚染検出装置
に関する。この発明の雰囲気の汚染検出装置は、空気清
浄機や換気装置、あるいは脱臭装置等の制御等に用いる
。

［用語法］ この明細書では、ガスセンサの出力は雰囲気の浄化によ
り減少し、汚染により増加するものとして示す。センサ
の種類や信号処理の手法によっては逆の結果が得られる
場合もあるので、この明細書でいうセンサ出力の大小は
実際のセンサ出力の大小に対応しない場合もある。

［従来技術］ 特公昭５９−３９，３３０号公報は、ガスセンサによる
空気清浄機の制御に付いて記載している。ここでは、１
分程度の間隔でガスセンサの出力を読込、基準出力とし
て記憶する。次に、各時点でのセンサ出力を基準出力と
比較し、雰囲気の汚染を検出する。また特公昭５９−４
３，３２７号公報は、ガスセンサ出力の最小値を基準出
力とし、この基準出力からの変化により雰囲気の汚染を
検出することを開示している。

これらの技術を用いると、実際のセンサ出力を基準出力
として用いるので、センサの経時変化や温湿度変動の影
響を補償できる。また個別のセンサ毎の調整が不要にな
る。

これらの技術はマイクロコンピュータを駆使して高度な
信号処理を行うものであるが、汚染の検出後もセンサ出
力が低下しない場合については検討していない。

例えば代表的な空気浄化装置である空気清浄機を考える
。空気清浄機の動作原理には、フィルターや電気集塵機
を用いたダストや煙粒子の除去、活性炭等による悪臭物
質の除去、ホブカライド等のＣＯ酸化触媒によるＣＯや
Ｈ，の除去等が知られている。煙の除去を目的とする場
合、煙に伴うガスの発生を検出し、空気清浄機を作動さ
せることができる。しかし空気清浄機を動作させた後も
ガス濃度は低下せず、空気清浄機の動作停止制御ができ
ないことになる。これは空気清浄機が煙の除去を目的と
し、ガスの処理能力は低いからである。また活性炭フィ
ルターを用いる場合、アンモニアや硫化水素等の悪臭物
質を除去した後もＣＯやＨ２等が残存し、全体としての
ガス濃度は余り低下しないことになる。勿論これらのフ
ィルターに加えてホブカライド等のフィルターを使用す
れば、完全な雰囲気の浄化ができることになる。しかし
このような高級な空気清浄機は、あまり用いられていな
い。

このような問題は自動車の外気取り入れ制御、あるいは
オゾン等の脱臭剤を用いた脱臭制御等にも、類似して生
ずる。人間の嗅覚は長時間経過すると臭いに慣れ、悪臭
による不快感が失われてしまうのである。このような場
合に更に制御を続けることは、非効率である。

これらの問題に付いて米国特許４４５８．５８３号は、
汚染検出後の空調装置の動作時間をタイマで制限するこ
とを示唆している。しかしこの場合、タイマの動作期間
内に新たなガスが発生しても、検出できない。これは汚
染検出後のセンサ出力を用いず、−律にタイマで制、御
するからである。

［発明の課題］ この発明の課題は、雰囲気の汚染検出後の汚染検出信号
の解除にある。この発明の課題は特に、汚染検出後のセ
ンサ出力をも利用し、汚染を検出した後に更に汚染が進
行したことをも見落とさず、検出を行えるようにする点
にある。またこの発明の他の課題は、汚染検出信号の解
除に伴う信号のチャタリングを防止する点にある。

［発明の構成と作用コ この発明では、ガスセンサ出力の過去の値を基に検出閾
値を定める。検出閾値の設定には、特公昭５９−３９，
３３０号や、特公昭５９−４３，３２７号公報等により
種々のものが知られている。閾値は例えば、過去１０分
間でのセンサ出力の最小値や平均値、あるいは無制限の
期間でのセンサ出力の最小値等から設定する。すなわち
これらの値をサンプリングし、これに雰囲気の汚染に対
する許容度を加えて検出閾値とする。閾値の設定条件は
任意であり、例えば過去１０分間でのセンサ出力の平均
値をｘ１無制限の期間でのセンサ出力の最小値をｙとし
、０．７ｘ＋０．７ｙ　　等を閾値としても良い。この
場合、ｙに関する項はガス濃度の絶対値に対応し、Ｘに
関する項はガス濃度の急激な変化に対応する。

検出閾値を設定すると、現時点付近でのセンサ出力と比
較し、雰囲気の汚染を検出する。この比較には例えば、
センサ出力と閾値との差や比等を用いる。

汚染の検出後の時間の経過をタイマ手段により監視し、
５分〜３０分等の適当な時間が経過すると、閾値を不連
続にシフトさせる。そしてセンサ出力が閾値以下になっ
た時点で、汚染の検出信号を解除する。

このようにすれば、汚染の検出後に更に汚染が進行した
場合にも見落とすことがない。また閾値は不連続に変化
するので、汚染信号の解除に伴うチャタリングの確率が
低い。

［実施例コ 空気清浄機の制御に付いて実施例を示す。

第１図において、２は金属酸化物半導体ガスセンサで、
ここでは５ｎＯｔ等のｎ形金属酸化物半導体４をヒータ
６で加熱するようにしたものを用いる。勿論ガスセンサ
２には、プロトン導電体やＺｒ０ｔ等の固体電解質を用
いたもの等の任意のガスセンサを用い得る。８は回路電
源、１０はセンサ２の負荷抵抗、１２はセンサ２の温湿
度依存性を部分的に補償するためのサーミスタである。

す−ミスタ１２は用いなくても良い。

２０はマイクロコンピュータで、２２はＡ／Ｄコンバー
タ、２４は演算装置、２６は５〜３０分程度のタイマで
、基準出力σ。の更新と、汚染検出後の閾値の不連続な
シフトとに用いる。このタイマは、基準出力の更新用と
閾値のシフト用とに分離して構成しても良い。２８は動
作時間１分程度のタイマで、一過性の汚染に対するチャ
タリングを防止するために用いる。このタイマは設けな
くても良い。

３０は各検出時点（現時点）でのセンサ出力を記憶する
ためのＲＡＭである。ここではセンサ出力に金属酸化物
半導体４の電気伝導度σを用いるが、抵抗値等を用いて
も良い。プロトン導電体やＺｒＯ，等のガスセンサでは
、起電力等がセンサ出力となる。３２は基準出力σ。を
格納するためのＲＡＭ、３４は次回の基準出力σ１を記
憶するためのＲＡＭ、３６は検出閾値σｔ（σｔ＝σ。

・Ｊ）を記憶するためのＲＡＭ、３８は汚染の検出信号
を記憶するためのＲＡＭである。また３９は汚染検出信
号の頻度ｎを記憶するためのＲＡＭである。

汚染検出信号の頻度ｎの最小値は０で、負以下にオーバ
ーフローしないようにされているものとし、清浄雰囲気
中ではタイマ２６の経過により１だけ減算され、汚染の
検出によりｌだけ加算される。

また汚染の検出状態が、タイマ２６の動作期間の間続い
た場合にも、■だけ加算される。

実施例では、タイマ２６で定めた前回の区間でのセンサ
出力σの最小値σ１を、次の区間での基準出力σ。とす
る。即ち各区間でのセンサ出力の最小値を出力σ、とし
て記憶し、次回の区間での基準出力σ。とする。またＪ
は雰囲気の汚染に対する感度を現し、実施例では１．３
程度の値を用いた。検出閾値の設定手法は、過去のセン
サ出力に着目して閾値を定めるものであれば任意のもの
を用いることができる。

閾値の設定、あるいは基準出力σ。のサンプリングは、
センサ出力の時間的挙動の包絡線を用いたものといえる
。センサ出力の時間的挙動を５〜３０分程度の区間に分
割し、各区間での最小値を接続したものが実施例での基
準出力σ。である。

区間を設けず無制限の期間でのセンサ出力の最小値に着
目すれば、特公昭５９−４３．３２７号公報のものと同
一になる。また１分毎にセンサ出力をランダムにサンプ
リングし基準出力とすれば、特公昭５９−３９，３３０
号公報のものと同一になる。このようなサンプリング方
法は画像処理等に用いられるエツジフィルターの手法と
類似し、種々のものが可能である。

マイクロコンピュータ２０には、この他に動作プログラ
ムを記憶させたＲＯＭ等を設ける。■。

はマイクロコンピュータ２０への入力ボート、ＰＩはマ
イクロコンピュータ２０の出力ボートで、空気清浄機４
０に接続する。空気清浄機４０に代え、換気装置や脱臭
装置等を制御するようにしても良い。

第２図により、装置の動作フローチャートを説明する。

電源８を投入すると、例えば２分間待機した後、センサ
２の出力を読み込む。これを基準出力σ。、σ１の初期
値として記憶すると共に、ＲＡＭ３９に記憶した汚染検
出信号の頻度ｎの初期値を０とする。表１に、第２図の
各記号の意味を示す。

表１ 記号　　意　味 σ。　　　基準円カニ　タイマ２６を用い、前回の区間
でのセンサ出力の最小値をサンプリングσ、　　　次回
の基準円カニ　タイマ２６を用いた、各区間でのセンサ
出力の最小値 σ　　　　センサ出力（電気伝導度）の瞬間値σ。・Ｊ
　汚染検出信号の閾値 ｎ　　　　汚染検出信号の頻度　　（初期値０）初期化
の次にタイマ２６を動作させ、装置を動作状態に移行さ
せる。装置の動作は、基準出力σ。

の更新、汚染の検出、汚染検出後の空気清浄機４０の停
止、頻度ｎの制御に分割できる。

タイマ２６をスタートさせると、例えば２秒毎にセンサ
出力σを読込、 σ≧σ０・Ｊ で汚染とし、 σ〈σ０・Ｊ で清浄とする。次にタイマ２６で定めた区間、例えば５
分〜３０分、でのセンサ出力の最小値をσ。

とし、区間の変更と共に基準出力σ。を更新する。

更新はσ１をσ。に代入することで行う。

汚染を検出すると、結合子Ｂがら空気清浄機の動作フロ
ーチャートに移行する。先ずＲＡＭ３８を介して空気清
浄機４０を作動させ、タイマ２６を再度スタートさせる
。そしてセンサ出力σの読込を続け、センサ出力が閾値
σ。−Ｊより減少すると空気清浄機４０を停止させる。

ここでチャタリングの防止のため、タイマ２８により１
分間信号処理を停止させる。

タイマ２６の動作期間が経過してもセンサ出力が低下し
ない場合、基準出力σ。を不連続にシフトさせ、検出閾
値を増加させる。ここで不連続にシフトさせるのは、閾
値の変更時点でのチャタリングを防止するためである。

基準出力σ。の変更は、例えば０．２〜０．４程度の定
数ａを用い、基準出力を　２ａ／（ｎ＋１）　　だけ増
加させることで行う。基準出力のシフトによりセンサ出
力が閾値上り小さくなると、空気清浄機４０を停止させ
、結合子Ｃから汚染の監視状態に移行させる。

頻度ｎは次のように設定する。ｎの最小値はＯであり、
汚染の検出毎にｌだけ増加させる。そしてタイマ２６で
定めた時間以上汚染が継続すると、頻度ｎを１だけ加算
する。また清浄状態でタイマ２６で定めた時間が経過す
る毎にｌだけ減算する。

このようにすると、頻度ｎの値は汚染の検出頻度と汚染
の継続時間とで定まることになる。そして頻度ｎが大き
い程、基準出力σ。のシフト値を小さくする。この処理
は２つの意味を持つ。繰り返し汚染が検出される場合に
は、基準出力σ。のシフト幅を小さくし、結果的に空気
清浄機４０の動作時間を長くする。また高濃度のガスが
存在している場合には、空気清浄機４０の動作時間を長
くする。

第３図、第４図により装置の動作波形を示す。

清浄状態では、タイマ２６で定まる区間（第３図のＮ、
Ｎ＋１等）毎に、センサ出力の最小値（Ｍｉｎ）をサン
プリングし、次回の基準出力σ。とじて用いる。これに
伴って閾値σ。・Ｊは第３図の破線のように変化する。

汚染の検出に伴う動作を第４図に示す。ピークＰａのよ
うに一過性の汚染が生じた場合、空気清浄機４０を短期
間動作させた後に停止させる。なお停止後はタイマ２８
により１分間、空気清浄機４０の再起動を禁止し、チャ
タリングを防止する。

ピークｐｂのように汚染の検出後も長時間センサ出力が
低下しない場合には、閾値σ。弓を不連続にシフトさせ
、センサ出力が閾値上り小さくなった時点で、空気清浄
機４ｏを停止させる。閾値のシフト幅は、１回目、２回
目、３回目等の順に徐々に小さくし、高濃度のガスが存
在する場合に空気清浄機４０の動作時間を長くするよう
にする。

例えば空気清浄機の場合、多くの空気清浄機は煙への除
去能力に比べてガスへの除去能力は低く、煙を除去した
後もガス濃度は余り低下しない。そこで閾値のシフトに
より、煙を十分に除去した時点で空気清浄機４０を停止
させるのである。また外気の導入等の制御の場合、外気
が長時間汚染され続けている場合には、外気の汚染をや
むを得ないものと判断し、外気の導入を再開するのであ
る。

更に脱臭制御の場合、人が悪臭に慣れた時期に応じて、
脱臭処理を打ち切るのである。なお−旦雰囲気の汚染を
検出した後、更に汚染が進行すると、センサ出力もそれ
に応じて増加し、汚染検出信号の解除が遅れることにな
る。更に汚染検出信号の持続時間は、汚染の程度に対応
する。従ってタイマ等で一律に汚染の検出信号を解除す
る場合よりも、高精度の制御ができる。

実施例では、空気清浄機の制御を例に説明したが、換気
装置等の制御、脱臭装置等の制御等に適用しても良い。

また空調等の制御には、制御のスタート時と停止時とに
閾値のヒステリシスを設ける、あるいは空気清浄機４０
の動作モードをセンサ出力に応じて複数設ける等の、種
々の周知技術がある。この発明は、これらのものを加味
して実施しても良いことは当然である。

［発明の効果］ この発明の汚染検出装置では、以下の効果が得られる。

第１に、汚染の検出後長時間ガス濃度が低下しない場合
にも対応できる。第２に、汚染の程度に応じた、汚染検
出信号の持続時間が得られる。また−旦汚染を検出した
後、更に汚染が進行した場合にも、対応できる。第３に
、汚染検出信号の解除に伴うチャタリングの確率が低い
。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の回路図、第２図はその動作フローチャ
ート、第３図、第４図はそれぞれ実施例の動作を現す特
性図である。 図において、２　ガスセンサ、 ２０　マイクロコンピュータ、４０　空気清浄機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスセンサ出力の過去の値を基に検出閾値を定め
   、現時点付近でのガスセンサ出力を検出閾値と比較し雰
   囲気の汚染を検出するようにした装置において、 汚染検出後の時間の経過を検出するためのタイマ手段と
   、 タイマ手段の動作後に、検出閾値をより汚染した側に不
   連続にシフトさせるための手段とを設けたことを特徴と
   する、雰囲気の汚染検出装置。