JPH0675049B2 - センサ駆動装置 - Google Patents

センサ駆動装置

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JPH0675049B2
JPH0675049B2 JP4120885A JP4120885A JPH0675049B2 JP H0675049 B2 JPH0675049 B2 JP H0675049B2 JP 4120885 A JP4120885 A JP 4120885A JP 4120885 A JP4120885 A JP 4120885A JP H0675049 B2 JPH0675049 B2 JP H0675049B2
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JP
Japan
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heater
gas
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sensitive material
circuit
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利昭 水田
順二 間中
実 三好
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、感応物質の電気抵抗値変化を利用するセンサ
の駆動装置に関し、より詳細には、ガスセンサ、温度セ
ンサ、湿度センサ又はアルコールセンサ等に適用可能な
センサ駆動装置に関するものである。
従来技術 従来、ガス検出装置として、金属酸化物半導体から成る
ガス感応物質の内部にその電極を兼ねたヒータコイルを
内蔵し、ヒータコイルにより所定温度に加熱した金属酸
化物半導体の抵抗値が表面でのガス吸着によって低下す
ることを利用したものがある。この場合、乾電池駆動に
適した低消費電力とする為、通常、ヒータに間欠パルス
電圧を印加して発熱させ、そのタイミングに同期してガ
ス感応物質が加熱されている時間内にそれからの出力を
検出する構成となっている。
然るに、上記方式においては、ヒータを発熱させる為の
電流がガス感応物質にリークし、そのリーク電流でセン
サの信号出力が見かけ上小さくなるという欠点があっ
た。例えば、ガス感応物質の抵抗が通常状態で1MΩでガ
スに感応して500KΩに低下する場合、これに対して2μ
Aの検出用定電流を流すと出力が2Vから1Vに変化する信
号が得られる。ところが、上述のリーク電流が在ると、
等価的にその電流に相当する例えば500KΩの抵抗をガス
感応物質に並列に接続した場合と同等となり、全抵抗が
通常時は333KΩで感応時で250KΩと差が小さくなり、同
じ2μAの検出電流に対して0.67Vから0.5Vに変化する
小さい信号しか得られないことになる。
目的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、小さ
い消費電力でSN比の大きい信号を安定して検出可能なセ
ンサ駆動装置を提供することを目的とする。
構成 本発明は、上記の目的を達成させるため、感応物質を電
熱器で所定温度に加熱し感応対象物の吸着離脱現象に応
じた前記感応物質の抵抗値の変化を利用するセンサ駆動
装置において、前記電熱器に通電しないタイミングに前
記感応物質の抵抗値を検出し前記感応対象物の存在を検
知することを特徴としたものである。
以下、本発明の1実施例に基づき具体的に説明する。第
1図は本発明の1実施例としの駆動装置が実施されるガ
ス検出装置の構成を示したブロック図である。第1図に
おいて、平行に延在させた一対のリード部1a,1b間に金
属酸化物半導体から成るガス感応物質部2が架橋状に設
けられてセンサSが形成されている。一対のリード部1
a,1bの内の一方のリード部1aはガス感応物質部2の一方
の電極として機能すると共にガス感応物質部2を加熱す
るヒータとしても機能する。本例のガス感応物質部2
は、SnO2から成り熱容量を小さくすべく微小薄膜状に形
成されており、ヒータとしてのリード部1aにより350〜4
00℃に加熱されると、ガスに対して吸着・離脱の作用を
行う。従って、雰囲気にガスが存在する場合はガス分子
を吸着してガス感応物質自体の抵抗値を小さくし、ガス
が無くなると離脱させて抵抗値が増し元の値となる。こ
の抵抗値の変化を後述する検出回路より電流を流して検
出し、ガスの存在を知らせる。
ヒータとしてのリード部(ヒータ)1aの両端は、ヒータ
駆動回路3に接続されており、これから例えば1.5〜3V
のパルス電圧がヒータ1aに加えられ、ヒータ1aを発熱さ
せる。又、他方のリード部1bの一端とヒータ1aの一端が
検出回路4に接続されており、検出回路4内に備えられ
ている同じく1.5〜3Vの検出用パルス電源からガス感応
物質部2に電流が流され、その抵抗値変化による電流変
化を電圧変動として検出する構成となっている。尚、検
出用電源はパルス電源に限らず、通常の直流電源でも良
い。
この場合、前述した如く、ヒータ駆動回路3からの加熱
電流がガス感応物質部2内にリークし、このリーク電流
によりセンサSのガス検出時に信号出力が低下するとい
う不都合が生じるが、本発明においては次の様にしてそ
の不都合を回避する。
本願発明者等は、ガス感応物質部2の温度とガス吸着・
離脱作用の関係について以下に示す如き知見を得た。第
3図はヒータ1aに間欠的にパルス電圧を印加した場合に
おけるガス感応物質部2表面への空気分子Aとガス分子
Gの吸着・離脱状態の経時的変化を第I〜第VIIの段階
に分けて模式的に示したものである。雰囲気にガスが存
在しない空気だけの状態でヒータ1aにパルス電圧を印加
した第I段階ではガス感応物質部2表面に空気分子Aが
吸着する。次いで、ヒータがオフされた第II段階では、
ガス感応物質部2は熱容量が小さい為温度が速やかに低
下し、1ms以内で平衡温度に達する。この場合、ガス感
応物質部2が低温になっても第I段階の状態が保持され
る。次に、ガス分子Gが流入してきてもガス感応物質部
2は低温であるからその表面状態は変らない(第III段
階)。この後、電圧が印加されヒータ1aがオンされる
と、ガス感応物質部2表面の空気分子Aが離脱し代りに
ガス分子Gが吸着する(第IV段階)。この場合、ガス感
応物質部2が微小且つ薄膜に形成されているからガスと
ガス感応物質部2表面との吸着離脱作用が極めて鋭敏に
行われる。次いで、ヒータ1aがオフされても速やかにガ
ス感応物質部2が低温になるので第IV段階の表面状態が
保持される(第V段階)。この状態は雰囲気状態が変化
しても保持され(第VI段階)、ヒータ1aが次にオンされ
てガス分子Gの離脱と空気分子Aの吸着が起る(第VII
段階)。
以上の如く、加熱された高温状態で得られたガス感応物
質部表面の各分子の吸着状態は、ガス感応物質部表面の
温度が低下すると次に加熱されて所定の温度に上昇する
まで保持される。この場合、パルス電圧の印加間隔T2
即ち、ガス感応物質部2が低温である時間が例えば100m
in間程度の長期に亘っても、同様に保持される。又、金
属酸化物半導体から成り微小薄膜状の熱容量の小さいガ
ス感応物質部2を用いるセンサSによれば、ヒータ1aの
オン・オフに対する気体の吸着・脱離作用の応答性が良
いから、パルス電圧オン時間T1は1ms〜1s、オフ時間T2
は0.1s〜100minの好適範囲の時間を組み合わせて用途に
応じた種々の印加タイミングパターンを設定することが
できる。
叙上の如き知見にもとずき、本例では、第4図に示す如
く、ヒータ駆動回路3へのパルス電圧の印加が終了した
後にガス吸着状態が保持されたガス感応物質部2に検出
用パルス電圧を加えて検出信号を得る駆動方式とする。
これにより、ヒータ駆動パルス電圧によるリーク電流に
応じた信号rと別個のガスの吸着状態を示す明確な信号
tを得ることができる。
上述の如き駆動方式を実現する為に、本例では、第1図
に示す如く、ヒータ駆動回路3と検出回路4に夫々にお
けるパルス電圧の印加タイミングを指示する信号を送る
タイミング回路5が接続されている。タイミング回路5
においては、第2図に示す如く、夫々適数個のインバー
タ5a、抵抗5b、ダイオード5c及びコンデンサ5dからパル
ス発生回路Pを形成し、これからヒータ駆動回路3へは
インバータ5aを介して接続され、検出回路4には本例で
は2個のモノマルチバイブレータ5eを介して接続されて
いる。これにより、パルス発生回路Pでヒータ駆動回路
3へ送るデューティ比の小さいパルス信号を発生させ、
これに対して所望のタイミングだけずらせたパルスをモ
ノマルチバイブレータ5eで発生させて検出回路4に送る
ことができる。
次に、上記の如く構成されたガス検出装置において実施
される本発明方法の1実施例としての駆動動作につい
て、第4図のタイミングチャート図に基づき説明する。
今、ガス感応物質部2の雰囲気に検出すべきガスが流入
したとする。この状態で、ヒータ駆動回路3のパルス電
圧を加えると、ガス感応物質部2が所定温度に加熱され
その表面にガス分子が吸着して抵抗値が低下する。この
時点では、ヒータ駆動電流のガス感応物質部2へのリー
ク電流に対応した信号出力rが検出回路4に現れる。然
し、検出用パルス電圧は印加されていないから、この信
号は警報を発っすべき信号レベル以下であり警報は発っ
せられない。
所定のヒータ駆動パルス電圧の印加時間が終了したらマ
ルチバイブレータ5eから所定時間ずれたタイミングで検
出回路4に信号が送られ、これに応じて検出回路4から
ガス感応物質部2に検出用パルス電圧が印加される。こ
の場合、ガス感応物質部2の表面状態は、ヒータ駆動パ
ルスが印加された時点の表面状態、即ちガスを吸着した
低抵抗値の状態に保持されているから検出用パルス電圧
に応じて高レベルの信号出力t1が得られガスの存在を知
らせる警報が発っせられる。
やがて、ガス感応物質部2の雰囲気からガスが消失する
が、ヒータ駆動パルス電圧が印加されるまでガス感応物
質部2の表面はガスが吸着された状態が保持される。そ
して、所定間隔をおいてヒータ駆動パルス電圧が印加さ
れると、直ちにガス感応物質部2が所定温度に加熱され
てガスがその表面から離脱すると共に空気が吸着し、ガ
ス感応物質部2の抵抗値が上昇して元の値となる。尚、
この場合も、同様にリーク電流による出力信号rが現わ
れる。そして、同様にヒータ駆動パルス電圧をオフした
後の所定時間ずれたタイミングで検出パルス電圧を印加
すると、これに応じて検出信号t2が得られる。この場
合、ガス感応物質部2の抵抗値は高くなっているから得
られる信号レベルは相応して低く、警報は発っせられな
い。
効果 以上、詳述した如く、本発明によれば、ヒータに間欠的
に通電すると共に通電していないタイミングにおいて感
応物質の抵抗値を検出することにより、低消費電力でヒ
ータ電流からのリーク電流等に影響されないSN比の大き
い正確な信号を安定して得ることができる。尚、本発明
は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的範囲内において種々の変形が可能であること
は勿論である。例えば、検出対象はガスに限らず、例え
ば気相中に浮遊する液体粒子等の如く感応物質に吸着・
離脱作用を行う種々の物質の検出に本発明を適用するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の1実施例におけるガス検出装置の構成
を示したブロック図、第2図は本発明の1実施例におけ
るタイミング回路を示した回路図、第3図は本発明の1
実施例の動作原理を示した説明図、第4図は本発明の1
実施例における動作を説明するタイミングチャート図で
ある。 (符号の説明) 1a:ヒータ(リード部) 2:ガス感応物質部 3:ヒータ駆動回路 4:検出回路 5:タイミング回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三好 実 東京都大田区大森西1丁目9番17号 リコ ー精器株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−128149(JP,A) 実開 昭59−185657(JP,U)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】感応物質を電熱器で所定温度に加熱し感応
    対象物の吸着離脱現象に応じた前記感応物質の抵抗値の
    変化を検出するセンサ駆動装置において、前記感応物質
    からなる微小且つ薄膜の検出部と、前記検出部に接続さ
    れたヒータと、前記検出部に接続された検出リード部と
    を架橋状に設け、前記ヒータに駆動パルスを通電するこ
    とにより前記ヒータを駆動するヒータ駆動回路と、前記
    検出部の抵抗値を検出するべく前記検出リード部に検出
    パルスを通電する検出回路と、前記ヒータ駆動回路が駆
    動パルスを通電していない時間内に前記検出回路が検出
    パルスを通電するようタイミング制御をする制御手段
    と、を有することを特徴とするセンサ駆動装置。
JP4120885A 1985-03-04 1985-03-04 センサ駆動装置 Expired - Lifetime JPH0675049B2 (ja)

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CA000503176A CA1272779A (en) 1985-03-04 1986-03-03 Sensor with periodic heating
US06/836,151 US4775838A (en) 1985-03-04 1986-03-04 Sensor with periodic heating
DE19863607065 DE3607065A1 (de) 1985-03-04 1986-03-04 Fuehleinrichtung

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JP2791473B2 (ja) * 1988-02-12 1998-08-27 フィガロ技研株式会社 ガス検出方法及びその装置
JPH01206249A (ja) * 1988-02-12 1989-08-18 Figaro Eng Inc 火災検出方法及びその装置
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JPH0710286Y2 (ja) * 1988-08-05 1995-03-08 フィガロ技研株式会社 ガス検出装置

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