JPH01199148A - ガス検出方法 - 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、ガスセンサ出力のサンプリングに関する。

［従来技術］ 特公昭５９−３９，３３０号公報は、ガスセンサ出力の
デジタル処理に付いて開示している。この技術では、セ
ンサ出力を１分間隔でサンプリングし、基準値とする。

次ぎに基準値からのセンサ出力の変化によりガスを検出
する。また特開昭６０−２７．８４９号公報は、６時間
の範囲でのセンサ出力の最小値を基準値とし、この基準
値を利用してガスを検出することを開示している。

しかしいずれの技術も、センサ出力のノイズに付いては
検討していない。周知のようにセンサの出力には、種々
のノイズが含まれている。例えばガス漏れの検出を行う
場合、エタノール等の有機溶剤や喫煙に伴う煙がノイズ
原因となり、その半値幅は１〜５分程度である。また空
気の汚染を検出する場合、風等によるセンサの温度変動
や、局所的なガス濃度の違いがノイズ原因となり、その
半値幅は最大でもＩＯ秒程度である。ノイズを除去する
には、ノイズの幅量上持続する信号のみを取り出せば良
いが、これは検出の遅れを伴う。

具体例を示すと、発明者らは、過去２０分間でのセンサ
出力の最小値を基楚値とし、センサ出力が基準値から１
０５以上増加したことを検出信号として、空気清浄機を
制御することを検討した。この場合、大量のノイズが発
生した。サンプリングした最小値自体も風等の影響を受
け、信頼し得ないものを最小値としていたことになる。

またセンサ出力の増加も喫煙等によるものと、局所的な
ガス濃度の増加等によるものとを区別できていなかった
のである。一方空気清浄機は喫煙と同時に動作すること
を望まれ、検出を遅らせることはできなかった。

［発明の課題］ この発明は、検出を遅らせることなく、センサ出力のノ
イズを除去することを課題とする。

［発明の措成コ この発明では、時間ΔＴ毎にセンサ出力をサンプリング
し、Ｎ個の信号の列（Ｌ−ｆｎ）とする。次ぎに列の各
信号に重み因子を付加し、デジタルセンサ信号とする。

そしてこの信号を基にガスを検出する。次のサンプリン
グ時点が到来すると、列を１信号ずつシフトし、最新の
信号をｆｎとして、この過程を繰り返す。この処理の特
徴は、Ｎ個の信号を用いて平均化を施しているにもかか
わらず、検出は１個の信号のサンプリング毎に行える点
に有る。

［用語法］ この明細書では、センサ出力は検出対象ガス濃度の増加
により増すものとして示した。しかしセンサの種類や検
出対象ガスの種類によっては、ガス濃度の増加により出
力が減少することも有る。

この場合は、出力の増加、減少の意味をこの明細書と逆
に解釈すれば良い。

［実施例］ 第１図〜第３図に、実施例の原理を示す。第１図に示す
ような、孤立したノイズが発生したとする（図の左側）
。ノイズの半値幅をＴとすると、Ｔよりも十分長い区間
での信号を平均化して用いれば、ノイズの影響を防止で
きる。ノイズは図の右側のように、サイン波状に生じる
ことも多い。半値幅をＴとすると、サイン波では３０’
〜！５００の位相に対応し、３Ｔをサンプリング区間と
するとノイズは消える。３Ｔをサンプリング区間とする
と、図の左側のノイズではピークの１／３に影響を抑え
られる。従ってサンプリング区間は、予想されるノイズ
の半値幅の３倍以上が好ましい。

第２図に示すように、時間ΔＴ毎にセンサ出力Ｖをサン
プリングし、信号列（Ｌ−ｆｎ）とする。これに重み因
子ａｎを付加し、デジタルセンサ信号Ｘを、次のように
定める。

ｘ＝ｒｔ　・ａｔ＋ｒ、　・ａ、＋・−・＋ｆｎＩＩａ
ｎ　　　　（１）重み因子はｒｌからｆｎのどの信号を
重視するかにより定まり、どの信号も同じ重みを持つの
であれば定数とすれば良い。次のサンプリングを行うと
、信号列（ｆ、〜ｆｎ）を信号１１個ずつシフトさせる
。これで、ΔＴ毎に検出を行うことと、Ｎ個の信号を平
均化して用いることの、２つの条件を満足することがで
きる。

第３図には、微分に適した処理を示す。ｆ、以前の信号
としてＮａｌのらの、ｆ、１〜ｒ−ｎを用いる。Ｎ個と
したのは１例で、一般にはＮと異なるＭ個で良い。ｆ−
ｔ〜ｆ−ｎを平均して過去の信号とし、ｆ、〜ｆｎに重
み因子１／ｎを付加し、現在の信号とする。

過去の信号に調整因子Ｋを付加しく信号ｙ）、現在の信
号Ｘとの差を求める。

Ｘ−ｙ＝（ｆ＋十ｆｔ／　２　＋−＝ｆｎ／ｎ）　−Ｋ
　・（ｒ−＋＋　ｆ−＋＋・・・＋ｆ−ｎ）　　　　　
　　　　（２）この値は、センサ出力が過去の平均値か
ら直線的に変化するとした際の勾配ｍに比例する。

第４図に、空気清浄機の制御を例に、実施例の構成を示
す。図において、２は適宜の電源、４は金属酸化物半導
体６の抵抗値の変化を用いたガスセンサ、８はそのヒー
タである。ここではセンサ４に、Ｓｎｏｗの抵抗値の変
化を用いたものを用いた。なおセンサには、これ以外に
接触酸化触媒での可燃性ガスの燃焼熱からガスを検出す
るようにした接触燃焼式ガスセンサ、あるいはＺ　ｒ　
Ｏｍやアンチモン酸等の固体電解質の起電力等を用いた
センサ等の、任意のガスセンサを用い得る。

！０はセンサ４の負荷抵抗である。負荷抵抗１　′０へ
の電圧Ｖ等をセンサ４の出力とする。

１２は信号処理用のマイクロコンピュータで、例えば４
ビツト〜８ビツトのワンチップ・マイクロコンピュータ
を用いる。１４はセンサ出力ＶをＡ／Ｄ変換するための
Ａ／Ｄコンバータ、１６は算術論理演算ユニットである
。１８はタイマで、サンプリングに関する信号を取り出
す。２０はデータｒｔＡＭで、デジタルセンサ信号Ｘ、
ΔＴ毎にサンプリングしたセンサ出力の列（ｆ２〜ｆｎ
）等を記憶させる。また２２は出力インターフェースで
出力信号Ｊ等を記憶させる。３０は負荷としての空気清
浄機である。

第５図により、単純な平均化処理を例に動作を説明する
。なお用いた記号の意味を表１に示す。

表−Ｌ ｆ１〜ｆｎ：　　ΔＴ毎にサンプリングしたセンサ出力
Ｖの信号列、に、が最も古いデータ、ｆｎが最新のデー
タ、ここではＮは５、ΔＴは８秒、 Ｘ　　　　：　デジタルセンサ信号 ２　　　　：　デジタルセンサ信号の最小値（基準値）
Ｇ　　　　：　空気汚染に対する検出因子　ここでは１
．３電源を投入すると例えば２分間待機し、データの初
期化を行う。初期化は例えば、その時点でのセンサ出力
■を、信号列（ｆ＋−ｆｎ）の初期値とし、デジタルセ
ンサ信号の最小値Ｚの初期値を、Ｎ・■とする。次いで
時刻ｔを０にセットし、以後ΔＴの経過毎に以下の処理
を行う。先ずＶを読込、過去の信号列を１個分ずつシフ
トさせ、最新の信号ｆｎにＶを代入する。次ぎにこれら
の加算平均をデジタルセンサ信号Ｘとし、これを基にガ
スを検出する。なおＮの値は複数とし、少なくとも３以
上とするのが好ましい。Ｘと最小値２とを比較し、Ｘが
２より小さい場合、２にＸを代入する。またＸがＧ−２
（Ｇは空気汚染に対する検出因子でここでは１．３）を
越えると汚染と判断して、汚染検出信号Ｊをセットし、
ＸがＧ−２以下の場合汚染検出信号Ｊをリセットする。

モしてＪの値に応じて、空気清浄機３０を動作させる。

第６図に、デジタル微分を用いた変形例の動作を示す。

回路構成上は、データＲＡＭ２０を変更し、ｒ、以前の
信号Ｌ＋−ｆ−ｎを記憶させると共に、データｒ−１〜
ｆ−ｎの平均値ｙを記憶させるようにすれば良い。変形
例では、初期化時に信号列ｆｎ〜Ｌｎの全てを■とし、
以後ΔＴの経過毎に信号列を１個分ずつ過去の側にシフ
トさせる。即ちｆｎをｆｎ−＋に、ｆｎ−ｔをｆｎ’−
ｔに代入する等の処理を施す。

次ぎにセンサ出力が直線的に変化する場合に対応した重
み因子１　／　ｎを加え、Ｘを算出する。またＬｌ−ｆ
−ｎを単純加算し、調整因子Ｋを付加した信号ｙを求め
、この差ｘ＝ｙ、あるいは対数微分に対応した（ｘ−ｙ
）／ｙからガスを検出する。この例では、対数微分を用
い、その出力が閾値し以上で汚染とし、Ｌより小さい場
合に清浄とする。Ｌは例えば０．０４とした。

ここでは特定の実施例に付いて説明したが、°こ。

れに限るものではない。例えばサンプリング間隔ΔＴは
一定とする必要はなく、他の割り込み処理等に応じ変化
するものでも良い。また実施例の方法に他の方法を併用
して、実施しても良い。例えば、サンプリング間隔ΔＴ
の間に、大きく信頼し得る信号が得られたとする。この
信号に対しては、ノイズか否かを判断する必要はないと
する。この場合は、他の信号と組み合わせず、瞬時的な
信号に基づき汚染を検出しても良い。

［発明の効果］ この発明では、検出の遅れを生じずに、センサ出力のノ
イズを除去することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は実施例の動作原理を現す特性図、第３
図は変形例の動作原理を現す特性図、第４図は実施例の
回路図、第５図は実施例の動作フローチャート、第６図
は変形例の動作フローチャートである。 図において：　　　　４　ガスセンサ、１２　マイクロ
コンピュータ、 １４　　Ａ／Ｄコンバータ １６　算術論理演算ユニット。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスセンサ出力をＡ／Ｄ変換してデジタルセンサ
   信号とし、この信号を基にガスを検出する方法において
   、 センサ出力をΔＴ毎にサンプリングし、過去のセンサ出
   力ｆ＿１から現在のセンサ出力ｆ＿ｎまでのＮ個のデジ
   タル出力（ｆ＿１〜ｆ＿ｎ）とし、 このＮ個のデジタル出力に重み因子ａｎをかけて、デジ
   タルセンサ信号（ｆ＿１・ａ＿１＋ｆ＿２・ａ＿２＋・
   ・・＋ｆ＿ｎ・ａ＿ｎ）を得、 次のサンプリングにより、デジタル出力（ｆ＿２〜ｆ＿
   ｎ）を（ｆ＿１〜ｆ＿ｎ＿−＿１）に代入し、かつ最新
   のセンサ出力をｆ＿ｎとして、これらの過程を繰り返す
   ようにしたことを特徴とする、ガス検出方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のガス検出方法におい
   て、 前記のＮとΔＴとの積Ｎ・ΔＴを、センサ出力のノイズ
   の半値幅Ｔの３倍以上としたことを特徴とする、ガス検
   出方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載のガス検出方法におい
   て、 前記デジタルセンサ信号と基準値との比較からガスを検
   出すると共に、 前記重み因子を、各ｎに対して定数としたことを特徴と
   する、ガス検出方法。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載のガス検出方法におい
   て、 センサ出力に、以前のＭ個のセンサ出力（ｆ＿−＿１〜
   ｆ＿−＿ｍ）を得ると共に、重み因子ａｎを１／ｎとし
   （ｎ＝１〜Ｎ）、調整因子をＫとし、 （ｆ＿１＋（ｆ＿２／２）＋・・・ｆ＿ｎ／Ｎ）−Ｋ・
   （ｆ＿−＿１〜ｆ＿−＿ｍ）をデジタルセンサ信号とす
   るようにしたことを特徴とする、ガス検出方法。