JPH10311812A - ガス検出方法とその装置 - Google Patents
ガス検出方法とその装置Info
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- JPH10311812A JPH10311812A JP13762297A JP13762297A JPH10311812A JP H10311812 A JPH10311812 A JP H10311812A JP 13762297 A JP13762297 A JP 13762297A JP 13762297 A JP13762297 A JP 13762297A JP H10311812 A JPH10311812 A JP H10311812A
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- gas
- gas sensor
- airflow
- change
- sensor
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 金属酸化物半導体ガスセンサへ周期的な気流
を加え、気流へのガスセンサの非線形応答からガスを定
性する。 【効果】 金属酸化物半導体ガスセンサを用いた新たな
ガスの検出方法が得られ、得られる応答波形はガスの種
類に特有で、情報量の多い信号が得られる。
を加え、気流へのガスセンサの非線形応答からガスを定
性する。 【効果】 金属酸化物半導体ガスセンサを用いた新たな
ガスの検出方法が得られ、得られる応答波形はガスの種
類に特有で、情報量の多い信号が得られる。
Description
【０００１】
【発明の利用分野】この発明は、気流の変化に対するガ
スセンサの非線形性の強い応答からガスを検出すること
に関する。
スセンサの非線形性の強い応答からガスを検出すること
に関する。
【０００２】
【従来技術】発明者らのグループはガスセンサの非線形
応答からガスを検出することを研究してきた。特にガス
センサへの刺激としてセンサの温度変化を用い、得られ
る非線形応答をフーリエ変換してガス種毎の特徴を求め
て検出することを検討してきた（非線形ダイナミクスに
よる知的センシング−半導体ガスセンサの動的非線形応
答による成分計測−，化学工学論文集，22(5)，1079-10
82，1996； 非線形応答に基づくガスセンシング：炭化
水素の識別と混合物中の各成分の定量，アナリィテカル
ケミストリ，66，2067-2072，1996）。
応答からガスを検出することを研究してきた。特にガス
センサへの刺激としてセンサの温度変化を用い、得られ
る非線形応答をフーリエ変換してガス種毎の特徴を求め
て検出することを検討してきた（非線形ダイナミクスに
よる知的センシング−半導体ガスセンサの動的非線形応
答による成分計測−，化学工学論文集，22(5)，1079-10
82，1996； 非線形応答に基づくガスセンシング：炭化
水素の識別と混合物中の各成分の定量，アナリィテカル
ケミストリ，66，2067-2072，1996）。
【０００３】発明者は上記の成果をさらに発展させ、ガ
スセンサに対して新たな種類の刺激を加え、これに対す
る非線形な応答からガスを検出すること検討した。
スセンサに対して新たな種類の刺激を加え、これに対す
る非線形な応答からガスを検出すること検討した。
【０００４】
【発明の課題】この発明の課題は、新たなガス検出方法
とその装置とを提供することにある。
とその装置とを提供することにある。
【０００５】
【発明の構成】この発明は、ガスセンサを周期的に変化
する気流に曝し、気流の変化に対する前記ガスセンサの
応答からガスを検出することを特徴とする。好ましく
は、前記ガスセンサが金属酸化物半導体ガスセンサで、
ガスセンサの金属酸化物半導体を加熱して用いる。また
好ましくは、ガスセンサの付近に配置したファンをオン
／オフさせることにより、前記の気流の変化を生じさせ
る。
する気流に曝し、気流の変化に対する前記ガスセンサの
応答からガスを検出することを特徴とする。好ましく
は、前記ガスセンサが金属酸化物半導体ガスセンサで、
ガスセンサの金属酸化物半導体を加熱して用いる。また
好ましくは、ガスセンサの付近に配置したファンをオン
／オフさせることにより、前記の気流の変化を生じさせ
る。
【０００６】好ましくは、気流の変化に対するガスセン
サの応答をパワースペクトルに分解し、パワースペクト
ルの特徴からガスを定性する。また好ましくは、気流の
変化に対するガスセンサ応答の位相差から、ガスを定性
する。また好ましくは、気流の周期的変化に対するガス
センサ応答のヒステリシスループの特徴からガスを定性
する。ここで好ましくは、ヒステリシスループの乱れの
程度と、気流が比較的弱い部分と比較的強い部分のルー
プ内の位置から、ガスを定性する。さらに好ましくは、
ガスの定性後に、気流の強度が比較的弱い部分でのガス
センサ信号からガスを定量する。
サの応答をパワースペクトルに分解し、パワースペクト
ルの特徴からガスを定性する。また好ましくは、気流の
変化に対するガスセンサ応答の位相差から、ガスを定性
する。また好ましくは、気流の周期的変化に対するガス
センサ応答のヒステリシスループの特徴からガスを定性
する。ここで好ましくは、ヒステリシスループの乱れの
程度と、気流が比較的弱い部分と比較的強い部分のルー
プ内の位置から、ガスを定性する。さらに好ましくは、
ガスの定性後に、気流の強度が比較的弱い部分でのガス
センサ信号からガスを定量する。
【０００７】好ましくは、ガスの検出結果に応じて気流
変化の周波数を変え、ガスの存在時には高周波数で、ガ
スの非存在時には低周波数で、気流を変化させる。
変化の周波数を変え、ガスの存在時には高周波数で、ガ
スの非存在時には低周波数で、気流を変化させる。
【０００８】この発明はまた、金属酸化物半導体ガスセ
ンサの周囲にファンを配置し、ファンを周期的にオン／
オフさせてファンからガスセンサへの気流を周期的に変
化させると共に、気流の変化に対するガスセンサの応答
をサンプリングしてガスを検出する。
ンサの周囲にファンを配置し、ファンを周期的にオン／
オフさせてファンからガスセンサへの気流を周期的に変
化させると共に、気流の変化に対するガスセンサの応答
をサンプリングしてガスを検出する。
【０００９】
【発明の作用と効果】この発明では、金属酸化物半導体
ガスセンサやプロトン導電体ガスセンサ，ジルコニアガ
スセンサ等のガスセンサに周期的に変化する気流を加
え、気流の変化に対するガスセンサの応答からガスを検
出する。なおガスセンサはヒータで加熱しても良く、ま
た煙道の排ガス中でのガス検出のように周囲の雰囲気で
ガスセンサを加熱しても良く、さらには間欠的にヒート
クリーニングして室温でガスを検出するガスセンサのよ
うに、室温のガスセンサの気流変化に対する応答からガ
スを検出しても良い。これは、この発明でのガス検出
が、気流の変化によるセンサの温度変化よりも、気流の
変化による雰囲気の拡散状況の変化に基づくものだから
である。
ガスセンサやプロトン導電体ガスセンサ，ジルコニアガ
スセンサ等のガスセンサに周期的に変化する気流を加
え、気流の変化に対するガスセンサの応答からガスを検
出する。なおガスセンサはヒータで加熱しても良く、ま
た煙道の排ガス中でのガス検出のように周囲の雰囲気で
ガスセンサを加熱しても良く、さらには間欠的にヒート
クリーニングして室温でガスを検出するガスセンサのよ
うに、室温のガスセンサの気流変化に対する応答からガ
スを検出しても良い。これは、この発明でのガス検出
が、気流の変化によるセンサの温度変化よりも、気流の
変化による雰囲気の拡散状況の変化に基づくものだから
である。
【００１０】上で示唆したように、気流の変化に対する
ガスセンサの応答は、単なる気流による冷却への応答と
は異なり、気流による冷却から予想される振幅よりも大
きな振幅でセンサは応答する。また気流の変化に対する
ガスセンサの応答波形はガスの種類に特有で、例えばＣ
Ｏ中やエチレン中では複雑な応答波形が得られ、しかも
ＣＯ中での応答波形とエチレン中との応答波形は異質で
ある。これに対して空気中やエタン中での応答波形は単
純である。
ガスセンサの応答は、単なる気流による冷却への応答と
は異なり、気流による冷却から予想される振幅よりも大
きな振幅でセンサは応答する。また気流の変化に対する
ガスセンサの応答波形はガスの種類に特有で、例えばＣ
Ｏ中やエチレン中では複雑な応答波形が得られ、しかも
ＣＯ中での応答波形とエチレン中との応答波形は異質で
ある。これに対して空気中やエタン中での応答波形は単
純である。
【００１１】発明者は、気流変化に対するガスセンサの
応答をフーリエ変換等のパワースペクトルへの分解や、
気流の変化に対するガスセンサの応答のヒステリシスル
ープの特徴から解析した。気流変化に対する応答のパワ
ースペクトルでは、例えばエタン中や空気中では高調波
成分が少ない。これに対して例えばエチレン中では高調
波成分が大きく、また応答波形中の基本波成分では気流
の変化に対する位相差が濃度の増加と共に減少する。ま
た例えばＣＯ中では、応答波形中の高調波成分が大き
く、応答波形中の基本波成分での気流変化に対する位相
差が濃度の増加と共に増大する。
応答をフーリエ変換等のパワースペクトルへの分解や、
気流の変化に対するガスセンサの応答のヒステリシスル
ープの特徴から解析した。気流変化に対する応答のパワ
ースペクトルでは、例えばエタン中や空気中では高調波
成分が少ない。これに対して例えばエチレン中では高調
波成分が大きく、また応答波形中の基本波成分では気流
の変化に対する位相差が濃度の増加と共に減少する。ま
た例えばＣＯ中では、応答波形中の高調波成分が大き
く、応答波形中の基本波成分での気流変化に対する位相
差が濃度の増加と共に増大する。
【００１２】上記のように気流変化に対する応答波形の
複雑さは、例えばエチレン中やＣＯ中で著しく、例えば
空気中やエタン中では小さい。このことはヒステリシス
ループでも同様で、ヒステリシスループの複雑さから例
えば空気中やエタン中と、例えばＣＯ中やエチレン中と
を区別でき、かつヒステリシスループの面積が大きいの
がＣＯ中で、小さいのがエチレン中である。ループ波形
の安定性は昇温側で高く、かつ昇温側で一般に波形が単
純で、降温側で波形の複雑さが著しい。例えばエチレン
とＣＯとの識別では、昇温側が降温側と同抵抗もしくは
降温側よりも高抵抗なのがエチレンで、昇温側が降温側
よりも低抵抗なのがＣＯである。そして波形の安定性の
点から、ガス濃度の定量では昇温側の信号を用いるのが
好ましい。
複雑さは、例えばエチレン中やＣＯ中で著しく、例えば
空気中やエタン中では小さい。このことはヒステリシス
ループでも同様で、ヒステリシスループの複雑さから例
えば空気中やエタン中と、例えばＣＯ中やエチレン中と
を区別でき、かつヒステリシスループの面積が大きいの
がＣＯ中で、小さいのがエチレン中である。ループ波形
の安定性は昇温側で高く、かつ昇温側で一般に波形が単
純で、降温側で波形の複雑さが著しい。例えばエチレン
とＣＯとの識別では、昇温側が降温側と同抵抗もしくは
降温側よりも高抵抗なのがエチレンで、昇温側が降温側
よりも低抵抗なのがＣＯである。そして波形の安定性の
点から、ガス濃度の定量では昇温側の信号を用いるのが
好ましい。
【００１３】
【実施例】図１〜図２５に、実施例とその変形とを示
す。図１に実施例のガス検出装置の概要を示すと、２は
金属酸化物半導体等のガスセンサ、４はセンサ本体で、
ここではガスセンサ２のカバーを外してセンサ本体４を
露出して用いた。６はファンで、周期的に気流を変化さ
せるものであればよく、８は赤外線温度計である。なお
周知のように、センサ本体４にはヒータが内蔵され、ヒ
ータで加熱された金属酸化物の抵抗値を信号として、負
荷抵抗ＲLへの電圧の変化として取り出す。またＥ1はガ
スセンサ２の電源である。ここでは、ガスセンサ２にＳ
nＯ2系のガスセンサＴＧＳ８１３（ＴＧＳ８１３は商品
名で、フィガロ技研製）を用い、気流が無い際の金属酸
化物半導体の温度が約３３０℃となるようにヒータ電圧
を定め、周囲温度は２２℃に固定し、相対湿度は約４０
％に固定した。
す。図１に実施例のガス検出装置の概要を示すと、２は
金属酸化物半導体等のガスセンサ、４はセンサ本体で、
ここではガスセンサ２のカバーを外してセンサ本体４を
露出して用いた。６はファンで、周期的に気流を変化さ
せるものであればよく、８は赤外線温度計である。なお
周知のように、センサ本体４にはヒータが内蔵され、ヒ
ータで加熱された金属酸化物の抵抗値を信号として、負
荷抵抗ＲLへの電圧の変化として取り出す。またＥ1はガ
スセンサ２の電源である。ここでは、ガスセンサ２にＳ
nＯ2系のガスセンサＴＧＳ８１３（ＴＧＳ８１３は商品
名で、フィガロ技研製）を用い、気流が無い際の金属酸
化物半導体の温度が約３３０℃となるようにヒータ電圧
を定め、周囲温度は２２℃に固定し、相対湿度は約４０
％に固定した。
【００１４】金属酸化物半導体ガスセンサ２の種類は任
意で、ＳnＯ2系に限らずＷＯ3系やＩn2Ｏ3系，ＺnＯ系
等でもよい。実施例のガスセンサ２は厚膜系であるが、
薄膜系やビード状のガスセンサ等でも良い。ガスセンサ
は金属酸化物半導体ガスセンサに限らず、例えばプロト
ン導電体ガスセンサ（ＣＯやＨ2の検出用）、ジルコニ
アガスセンサ（Ｏ2やＨ2Ｏ，Ｈ2Ｓ等の検出用）等でも
良い。ファン６の回転数の変化による気流の変化は、ガ
スセンサ２への周囲雰囲気の拡散状況の変化として表
れ、任意のガスセンサがこれに対して非線形に応答す
る。例えば周波数Ｆで気流を変化させた場合、ガスセン
サの応答には周波数２Ｆ等の高調波成分が含まれる場合
が多い。ガスセンサ２は加熱して用いる必要はなく、例
えばヒータを用いて間欠的にヒートクリーニングし、そ
れ以外は常温に保っても良い。そして常温に保ったガス
センサ２に対して気流の変化を加えると、ガスセンサの
信号はそれに応答して非線形に変動する。
意で、ＳnＯ2系に限らずＷＯ3系やＩn2Ｏ3系，ＺnＯ系
等でもよい。実施例のガスセンサ２は厚膜系であるが、
薄膜系やビード状のガスセンサ等でも良い。ガスセンサ
は金属酸化物半導体ガスセンサに限らず、例えばプロト
ン導電体ガスセンサ（ＣＯやＨ2の検出用）、ジルコニ
アガスセンサ（Ｏ2やＨ2Ｏ，Ｈ2Ｓ等の検出用）等でも
良い。ファン６の回転数の変化による気流の変化は、ガ
スセンサ２への周囲雰囲気の拡散状況の変化として表
れ、任意のガスセンサがこれに対して非線形に応答す
る。例えば周波数Ｆで気流を変化させた場合、ガスセン
サの応答には周波数２Ｆ等の高調波成分が含まれる場合
が多い。ガスセンサ２は加熱して用いる必要はなく、例
えばヒータを用いて間欠的にヒートクリーニングし、そ
れ以外は常温に保っても良い。そして常温に保ったガス
センサ２に対して気流の変化を加えると、ガスセンサの
信号はそれに応答して非線形に変動する。
【００１５】１０は制御部、１２はフーリエ変換部であ
り、ガスセンサ信号をパワースペクトルに分解できるも
のであればよく、例えばフーリエ変換に代えて、最大エ
ントロピー法（ＭＥＭ）でパワースペクトルに分解して
も良い。１４はサンプリング部で、例えば昇温側の所定
の時点、（実施例ではガスセンサ２をヒータで加熱して
用いるので、気流が相対的に弱いときに昇温し、相対的
に強いときに降温する）、でのセンサ信号をサンプリン
グして記憶する。１６は参照表で、ガス種毎にガスセン
サ信号とガス濃度との関係を記録している。
り、ガスセンサ信号をパワースペクトルに分解できるも
のであればよく、例えばフーリエ変換に代えて、最大エ
ントロピー法（ＭＥＭ）でパワースペクトルに分解して
も良い。１４はサンプリング部で、例えば昇温側の所定
の時点、（実施例ではガスセンサ２をヒータで加熱して
用いるので、気流が相対的に弱いときに昇温し、相対的
に強いときに降温する）、でのセンサ信号をサンプリン
グして記憶する。１６は参照表で、ガス種毎にガスセン
サ信号とガス濃度との関係を記録している。
【００１６】実施例では、フーリエ変換で求めたパワー
スペクトルの特徴からガス種を定性し、これによって参
照表１６の内の参照部分を決定し、サンプリング部１４
に記憶したガスセンサ信号と参照表のデータとを比較し
てガス濃度を求める。１８は表示部でガス種と濃度とを
表示する。なお実施例では、ファン６は０.２Ｈｚ（５
秒周期で２.５秒オン，２.５秒オフ）でオン／オフさせ
るようにしたが、例えば常時は２０〜１００秒周期で動
作させ、その内２〜３秒間ファン６をオンさせ、ガス濃
度が所定値を越えると、制御部１０を介してファン６の
オン／オフの周波数を例えば０.２Ｈｚへと増加させて
も良い。このようにすれば常時はファン６の消費電力を
最小にし、ガスが発生した際に高い周波数でガスを検出
できる。
スペクトルの特徴からガス種を定性し、これによって参
照表１６の内の参照部分を決定し、サンプリング部１４
に記憶したガスセンサ信号と参照表のデータとを比較し
てガス濃度を求める。１８は表示部でガス種と濃度とを
表示する。なお実施例では、ファン６は０.２Ｈｚ（５
秒周期で２.５秒オン，２.５秒オフ）でオン／オフさせ
るようにしたが、例えば常時は２０〜１００秒周期で動
作させ、その内２〜３秒間ファン６をオンさせ、ガス濃
度が所定値を越えると、制御部１０を介してファン６の
オン／オフの周波数を例えば０.２Ｈｚへと増加させて
も良い。このようにすれば常時はファン６の消費電力を
最小にし、ガスが発生した際に高い周波数でガスを検出
できる。
【００１７】図１の鎖線は変形例の構成を示し、フーリ
エ変換に代えて、ガスセンサ２の応答波形のヒステリシ
スループを解析する例を示している。２０はメモリで、
各点（例えばファン６の１周期に対して２０〜１００
点）のセンサ信号を記憶し、２２は定性部で、高調波解
析部と差分部とを備え、高調波解析部でヒステリシスル
ープ中の高調波の強弱を検出する。これはヒステリシス
ループ中の降温部に対して高周波フィルタを作用させる
ことで実現できる。これによってガスの種類が大まかに
定まる。差分部はヒステリシスループ中の降温部と昇温
部とのセンサ信号の差を求めて積算する。この値はガス
の種類に特有で、高調波成分の大小により大まかにガス
の種類を定性し、ヒステリシスループの面積でガスの定
性を完了する。この後の処理はフーリエ変換の場合と同
様で、ガスの種類が定まると参照表１６中の定性したガ
スに対応する部分を参照し、メモリ２０に記憶したガス
センサ信号の内で、昇温側の適宜の点の信号と参照表１
６のデータとを比較して、ガス濃度を決定する。
エ変換に代えて、ガスセンサ２の応答波形のヒステリシ
スループを解析する例を示している。２０はメモリで、
各点（例えばファン６の１周期に対して２０〜１００
点）のセンサ信号を記憶し、２２は定性部で、高調波解
析部と差分部とを備え、高調波解析部でヒステリシスル
ープ中の高調波の強弱を検出する。これはヒステリシス
ループ中の降温部に対して高周波フィルタを作用させる
ことで実現できる。これによってガスの種類が大まかに
定まる。差分部はヒステリシスループ中の降温部と昇温
部とのセンサ信号の差を求めて積算する。この値はガス
の種類に特有で、高調波成分の大小により大まかにガス
の種類を定性し、ヒステリシスループの面積でガスの定
性を完了する。この後の処理はフーリエ変換の場合と同
様で、ガスの種類が定まると参照表１６中の定性したガ
スに対応する部分を参照し、メモリ２０に記憶したガス
センサ信号の内で、昇温側の適宜の点の信号と参照表１
６のデータとを比較して、ガス濃度を決定する。
【００１８】図２〜図２４に、実施例で求めた結果を示
す。図２は清浄空気中でのガスセンサ２の表面温度の変
化とセンサ抵抗の変化とを示している。以下の図におい
て、時刻の原点はセンサ温度の最小値（ファン６がオン
からオフした時点）に対応している。気流の変化に対す
る空気中での応答波形は単純で比較的サイン波に近くな
だらかである。また気流のオン／オフにより、センサの
抵抗値は８ｋΩ〜１０.５ｋΩ程度の範囲で変化し、こ
れは約２５℃のセンサの温度変化に対する抵抗値の変化
の約２倍である。
す。図２は清浄空気中でのガスセンサ２の表面温度の変
化とセンサ抵抗の変化とを示している。以下の図におい
て、時刻の原点はセンサ温度の最小値（ファン６がオン
からオフした時点）に対応している。気流の変化に対す
る空気中での応答波形は単純で比較的サイン波に近くな
だらかである。また気流のオン／オフにより、センサの
抵抗値は８ｋΩ〜１０.５ｋΩ程度の範囲で変化し、こ
れは約２５℃のセンサの温度変化に対する抵抗値の変化
の約２倍である。
【００１９】図３は１００〜３０００ppmのエタン中で
の気流の変化に対するセンサの応答波形を示し、測定法
は図２のものと同様である。センサの応答波形は比較的
なだらかで位相は空気中のものに近いが、濃度が増すと
（３０００ppm）波形の乱れが目立ち、高調波成分が生
じたことを示している。
の気流の変化に対するセンサの応答波形を示し、測定法
は図２のものと同様である。センサの応答波形は比較的
なだらかで位相は空気中のものに近いが、濃度が増すと
（３０００ppm）波形の乱れが目立ち、高調波成分が生
じたことを示している。
【００２０】図４はエチレン中での応答波形を示し、セ
ンサの表面温度は３１０〜３３３℃で、空気中に比べて
約５℃高温側にシフトしていた。エチレン中での波形は
高調波成分が目立ち、特に降温側（図の２.５〜５秒の
領域を参照）での波形の乱れが著しい。図５はＣＯ中で
の波形を示し、センサの表面温度は３１０〜３３３℃で
ある。ＣＯ中では１０００ppm以上で波形の乱れが著し
く、エチレンと同様、降温側での波形の乱れが著しい。
ンサの表面温度は３１０〜３３３℃で、空気中に比べて
約５℃高温側にシフトしていた。エチレン中での波形は
高調波成分が目立ち、特に降温側（図の２.５〜５秒の
領域を参照）での波形の乱れが著しい。図５はＣＯ中で
の波形を示し、センサの表面温度は３１０〜３３３℃で
ある。ＣＯ中では１０００ppm以上で波形の乱れが著し
く、エチレンと同様、降温側での波形の乱れが著しい。
【００２１】図６に気流の変化の有無による抵抗値の変
化を示す。破線や鎖線はファン６をオフに固定した場合
を示し、網掛部分はファン６を０.２Ｈｚでオン／オフ
させた際の抵抗値の変化の振幅を示している。エタン中
ではファン６の有無による抵抗値の変化が小さく、ファ
ン６をオン／オフさせると抵抗値はやや増加する。これ
に対してＣＯ中やエチレン中ではファン６の有無による
抵抗値の変化は大きく、しかもファン６をオン／オフさ
せると抵抗値は減少する。このようにファン６を用いる
か否かとファン６をオン／オフさせた際の抵抗値の変化
の方向から、ガス種を大まかに定性できる。
化を示す。破線や鎖線はファン６をオフに固定した場合
を示し、網掛部分はファン６を０.２Ｈｚでオン／オフ
させた際の抵抗値の変化の振幅を示している。エタン中
ではファン６の有無による抵抗値の変化が小さく、ファ
ン６をオン／オフさせると抵抗値はやや増加する。これ
に対してＣＯ中やエチレン中ではファン６の有無による
抵抗値の変化は大きく、しかもファン６をオン／オフさ
せると抵抗値は減少する。このようにファン６を用いる
か否かとファン６をオン／オフさせた際の抵抗値の変化
の方向から、ガス種を大まかに定性できる。
【００２２】図７は、空気中でのファン６のオン／オフ
によるセンサ抵抗のヒステリシスループを４ループ分示
している。昇温側で波形は比較的なだらかで、降温側で
波形はやや乱れている。図８〜図１１は、エタン中での
４ループ分のヒステリシスループを示している。ヒステ
リシスループの面積は空気中に比べて僅かに減少してい
る。
によるセンサ抵抗のヒステリシスループを４ループ分示
している。昇温側で波形は比較的なだらかで、降温側で
波形はやや乱れている。図８〜図１１は、エタン中での
４ループ分のヒステリシスループを示している。ヒステ
リシスループの面積は空気中に比べて僅かに減少してい
る。
【００２３】図１２〜図１５は、エチレン中でのヒステ
リシスループを４ループ分示している。昇温側での波形
は降温側の波形に比べて乱れが少ない（高調波成分が少
ない）。ヒステリシスループの面積は小さく、ガス濃度
が増加するにつれてループ中の昇温側が降温側に対して
相対的に上昇し、１０００ppm中以上では昇温側が降温
側よりも高抵抗となる。このことは、前記の定性部２２
で差分した際に、差分を降温側の抵抗値から昇温側の抵
抗値を引算したものとして定義すると、エチレン１００
〜３００ppm中では差分の値が小さく、１０００ppm以上
で差分の値が負となることを意味する。
リシスループを４ループ分示している。昇温側での波形
は降温側の波形に比べて乱れが少ない（高調波成分が少
ない）。ヒステリシスループの面積は小さく、ガス濃度
が増加するにつれてループ中の昇温側が降温側に対して
相対的に上昇し、１０００ppm中以上では昇温側が降温
側よりも高抵抗となる。このことは、前記の定性部２２
で差分した際に、差分を降温側の抵抗値から昇温側の抵
抗値を引算したものとして定義すると、エチレン１００
〜３００ppm中では差分の値が小さく、１０００ppm以上
で差分の値が負となることを意味する。
【００２４】図１６〜図１９に、ＣＯ中での４ループ分
のヒステリシスループを示す。ＣＯ１００ppm中での応
答波形（図５）は乱れの少ない波形であったが、ヒステ
リシスループではループの面積が大きいことから、エタ
ンや空気中との区別は明瞭である。ヒステリシスループ
の面積はＣＯ濃度と共に増加し、（ＣＯ３０００ppmは
実用的には存在しない濃度であり、ＣＯ１００〜１００
０ppmを考慮する）、ＣＯ濃度と共にループの面積が増
加する。また空気中，エタン中，あるいはエチレン中と
同様に、波形の乱れは昇温側で少なく降温側で著しい。
そこでヒステリシスループの降温側波形の高調波成分を
検出すれば、空気中やエタン中とＣＯ中やエチレン中を
識別でき、次にヒステリシスループの面積を比較すれば
ＣＯとエチレンとを識別できる。
のヒステリシスループを示す。ＣＯ１００ppm中での応
答波形（図５）は乱れの少ない波形であったが、ヒステ
リシスループではループの面積が大きいことから、エタ
ンや空気中との区別は明瞭である。ヒステリシスループ
の面積はＣＯ濃度と共に増加し、（ＣＯ３０００ppmは
実用的には存在しない濃度であり、ＣＯ１００〜１００
０ppmを考慮する）、ＣＯ濃度と共にループの面積が増
加する。また空気中，エタン中，あるいはエチレン中と
同様に、波形の乱れは昇温側で少なく降温側で著しい。
そこでヒステリシスループの降温側波形の高調波成分を
検出すれば、空気中やエタン中とＣＯ中やエチレン中を
識別でき、次にヒステリシスループの面積を比較すれば
ＣＯとエチレンとを識別できる。
【００２５】図２０〜図２３に、図２〜図５の応答波形
のフーリエ変換スペクトルを示し、図２０は空気中の応
答波形で、各図の実線は気流の変化に対するコサイン成
分を示し、破線はサイン成分を示している。空気中では
高調波成分（０.４Ｈｚ，０.６Ｈｚ等の成分）は僅か
で、正のコサイン成分に負のサイン成分が加わってい
る。このため気流の変化に対する空気中での応答波形の
位相差は約１１０度となる。図２１はエタン中での応答
波形のフーリエ変換スペクトルを示し、特徴は空気中と
ほぼ同じである。
のフーリエ変換スペクトルを示し、図２０は空気中の応
答波形で、各図の実線は気流の変化に対するコサイン成
分を示し、破線はサイン成分を示している。空気中では
高調波成分（０.４Ｈｚ，０.６Ｈｚ等の成分）は僅か
で、正のコサイン成分に負のサイン成分が加わってい
る。このため気流の変化に対する空気中での応答波形の
位相差は約１１０度となる。図２１はエタン中での応答
波形のフーリエ変換スペクトルを示し、特徴は空気中と
ほぼ同じである。
【００２６】図２２はエチレン中での応答波形のフーリ
エ変換スペクトルを示し、高調波成分が空気中やエタン
中よりも多く、また０.１Ｈｚ等の気流の変化よりも低
周波の成分が存在する。エチレン１００ppm中では基本
波（０.２Ｈｚ）のサイン成分はほぼ０で、１０００ppm
以上でサイン成分は顕著に正となり、このため気流の変
化に対する基本波成分の位相差は減少する。このこと
が、ヒステリシスループにおいてループ面積を減少させ
た原因である。
エ変換スペクトルを示し、高調波成分が空気中やエタン
中よりも多く、また０.１Ｈｚ等の気流の変化よりも低
周波の成分が存在する。エチレン１００ppm中では基本
波（０.２Ｈｚ）のサイン成分はほぼ０で、１０００ppm
以上でサイン成分は顕著に正となり、このため気流の変
化に対する基本波成分の位相差は減少する。このこと
が、ヒステリシスループにおいてループ面積を減少させ
た原因である。
【００２７】図２３はＣＯ中での気流の変化に対する応
答波形のフーリエ変換スペクトルを示し、高調波成分が
空気中やエタン中に対して強く、１０００ppm以上で気
流の変化よりも低周波数の成分が存在する。ＣＯ中では
１００ppm中からサイン波成分の符号は負でその絶対値
は大きく、３０００ppm中ではコサイン成分も負とな
る。このため、ＣＯ濃度が増加すると気流の変化に対す
るセンサ応答の位相差が増大する。このことが、前記の
ヒステリシスループにおいてループ面積を増大させてい
た原因である。
答波形のフーリエ変換スペクトルを示し、高調波成分が
空気中やエタン中に対して強く、１０００ppm以上で気
流の変化よりも低周波数の成分が存在する。ＣＯ中では
１００ppm中からサイン波成分の符号は負でその絶対値
は大きく、３０００ppm中ではコサイン成分も負とな
る。このため、ＣＯ濃度が増加すると気流の変化に対す
るセンサ応答の位相差が増大する。このことが、前記の
ヒステリシスループにおいてループ面積を増大させてい
た原因である。
【００２８】図２４に、各ガスの濃度と気流の変化に対
する０.２Ｈｚの応答成分での位相差を示す。エタン中
では位相差はほぼ一定で、エチレン中では濃度と共に位
相差は減少し、ＣＯ中では位相差は増大する。
する０.２Ｈｚの応答成分での位相差を示す。エタン中
では位相差はほぼ一定で、エチレン中では濃度と共に位
相差は減少し、ＣＯ中では位相差は増大する。
【００２９】なお実施例ではファン６をオン／オフさせ
たが、ファン６をオン／オフさせるのではなく、例えば
サイン波でファン６の強弱を変調しても良い。またファ
ン６のオン／オフ周波数を０.２Ｈｚとしたのは、ガス
センサ２から明瞭な応答波形を得るためで、ファン６の
周波数が１Ｈｚ以上ではセンサ２からの応答波形は曖昧
になる。また０.００５Ｈｚ以下では検出が遅すぎるの
で、ファン６の周波数は０.００５〜１Ｈｚが好まし
く、より好ましくは０.０１〜０.５Ｈｚとする。
たが、ファン６をオン／オフさせるのではなく、例えば
サイン波でファン６の強弱を変調しても良い。またファ
ン６のオン／オフ周波数を０.２Ｈｚとしたのは、ガス
センサ２から明瞭な応答波形を得るためで、ファン６の
周波数が１Ｈｚ以上ではセンサ２からの応答波形は曖昧
になる。また０.００５Ｈｚ以下では検出が遅すぎるの
で、ファン６の周波数は０.００５〜１Ｈｚが好まし
く、より好ましくは０.０１〜０.５Ｈｚとする。
【００３０】図２５に第２の実施例を示すと、これは図
１で制御部１０によりファン６のオン／オフ周波数を変
更するものに対応する。即ちフーリエ変換部１２とサン
プリング部１４とにより所定濃度以上のガスが存在する
ことを確認した場合、制御部１０でファン６のオン／オ
フの周波数を変更する。そして通常モードではファン６
のオン／オフ周波数は例えば０.０１Ｈｚ等とし、嗅ぎ
込みモードではファン６のオン／オフ周波数を例えば
０.２Ｈｚにする。実施例には示さなかったが、気流の
変化に対するガスセンサ２の応答波形は、ファン６のオ
ン／オフの周波数によっても異なる。そこで通常モード
でガス種を大まかに定性しておき、嗅ぎ込みモードでフ
ァン６のオン／オフ周波数を増加させると、オン／オフ
周波数の増加前の応答波形と増加後の応答波形の２種類
の応答波形を用いて、より正確にガス種を特定できる。
１で制御部１０によりファン６のオン／オフ周波数を変
更するものに対応する。即ちフーリエ変換部１２とサン
プリング部１４とにより所定濃度以上のガスが存在する
ことを確認した場合、制御部１０でファン６のオン／オ
フの周波数を変更する。そして通常モードではファン６
のオン／オフ周波数は例えば０.０１Ｈｚ等とし、嗅ぎ
込みモードではファン６のオン／オフ周波数を例えば
０.２Ｈｚにする。実施例には示さなかったが、気流の
変化に対するガスセンサ２の応答波形は、ファン６のオ
ン／オフの周波数によっても異なる。そこで通常モード
でガス種を大まかに定性しておき、嗅ぎ込みモードでフ
ァン６のオン／オフ周波数を増加させると、オン／オフ
周波数の増加前の応答波形と増加後の応答波形の２種類
の応答波形を用いて、より正確にガス種を特定できる。
【図１】 実施例のガス検出装置の要部斜視図
【図２】 実施例での空気中の気流による温度変化と
抵抗値の変化を示す図
抵抗値の変化を示す図
【図３】 実施例でのエタン中での抵抗値変化を示す
図
図
【図４】 実施例でのエチレン中の抵抗値変化を示す
図
図
【図５】 実施例でのＣＯ中の抵抗値変化を示す図
【図６】 実施例でのファンの有無による抵抗値のシ
フトを示す図
フトを示す図
【図７】 実施例での空気中のヒステリシスカーブを
示す図
示す図
【図８】 実施例でのエタン１００ppm中のヒステリ
シスを示す図
シスを示す図
【図９】 実施例でのエタン３００ppm中のヒステリ
シスを示す図
シスを示す図
【図１０】 実施例でのエタン１０００ppm中のヒステ
リシスを示す図
リシスを示す図
【図１１】 実施例でのエタン３０００ppm中のヒステ
リシスを示す図
リシスを示す図
【図１２】 実施例でのエチレン１００ppm中のヒステ
リシスを示す図
リシスを示す図
【図１３】 実施例でのエチレン３００ppm中のヒステ
リシスを示す図
リシスを示す図
【図１４】 実施例でのエチレン１０００ppm中のヒス
テリシスを示す図
テリシスを示す図
【図１５】 実施例でのエチレン３０００ppm中のヒス
テリシスを示す図
テリシスを示す図
【図１６】 実施例でのＣＯ１００ppm中のヒステリシ
スを示す図
スを示す図
【図１７】 実施例でのＣＯ３００ppm中のヒステリシ
スを示す図
スを示す図
【図１８】 実施例でのＣＯ１０００ppm中のヒステリ
シスを示す図
シスを示す図
【図１９】 実施例でのＣＯ３０００ppm中のヒステリ
シスを示す図
シスを示す図
【図２０】 実施例での空気中の応答波形のフーリエ変
換スペクトルを示す図
換スペクトルを示す図
【図２１】 実施例での１００〜３０００ppmのエタン
中の応答波形のフーリエ変換スペクトルを示す図
中の応答波形のフーリエ変換スペクトルを示す図
【図２２】 実施例での１００〜３０００ppmのエチレ
ン中の応答波形のフーリエ変換スペクトルを示す図
ン中の応答波形のフーリエ変換スペクトルを示す図
【図２３】 実施例での１００〜３０００ppmのＣＯ中
の応答波形のフーリエ変換スペクトルを示す図
の応答波形のフーリエ変換スペクトルを示す図
【図２４】 実施例での、気流変化に対する基本波成分
の位相差を、エタン，エチレン，ＣＯについて示す図
の位相差を、エタン，エチレン，ＣＯについて示す図
【図２５】 第２の実施例の動作を示すフロチャート
２ 金属酸化物半導体ガスセンサ ４ センサ本体 ６ ファン ８ 赤外線温度計 １０ 制御部 １２ フーリエ変換部 １４ サンプリング部 １６ 参照表 １８ 表示部 ２０ メモリ ２２ 定性部
Claims (10)
- 【請求項１】 ガスセンサを周期的に変化する気流に曝
し、気流の変化に対する前記ガスセンサの応答からガス
を検出することを特徴とするガス検出方法。 - 【請求項２】 前記ガスセンサが金属酸化物半導体ガス
センサで、ガスセンサの金属酸化物半導体を加熱して用
いることを特徴とする、請求項１のガス検出方法。 - 【請求項３】 ガスセンサの付近に配置したファンをオ
ン／オフさせることにより、前記の気流の変化を生じさ
せることを特徴とする、請求項１のガス検出方法。 - 【請求項４】 気流の変化に対するガスセンサの応答を
パワースペクトルに分解し、パワースペクトルの特徴か
らガスを定性することを特徴とする、請求項１のガス検
出方法。 - 【請求項５】 気流の変化に対するガスセンサ応答の位
相差から、ガスを定性することを特徴とする、請求項１
のガス検出方法。 - 【請求項６】 気流の周期的変化に対するガスセンサ応
答のヒステリシスループの特徴からガスを定性すること
を特徴とする、請求項１のガス検出方法。 - 【請求項７】 ヒステリシスループの乱れの程度と、気
流が比較的弱い部分と比較的強い部分のループ内の位置
から、ガスを定性することを特徴とする、請求項６のガ
ス検出方法。 - 【請求項８】 ガスの定性後に、気流の強度が比較的弱
い部分でのガスセンサ信号からガスを定量することを特
徴とする、請求項４〜７のいずれかのガス検出方法。 - 【請求項９】 ガスの検出結果に応じて気流変化の周波
数を変え、ガスの存在時には高周波数で、ガスの非存在
時には低周波数で、気流を変化させることを特徴とす
る、請求項１のガス検出方法。 - 【請求項１０】 金属酸化物半導体ガスセンサの周囲に
ファンを配置し、ファンを周期的にオン／オフさせてフ
ァンからガスセンサへの気流を周期的に変化させると共
に、気流の変化に対するガスセンサの応答をサンプリン
グしてガスを検出することを特徴とするガス検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13762297A JPH10311812A (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | ガス検出方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13762297A JPH10311812A (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | ガス検出方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10311812A true JPH10311812A (ja) | 1998-11-24 |
Family
ID=15202979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13762297A Pending JPH10311812A (ja) | 1997-05-12 | 1997-05-12 | ガス検出方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10311812A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005331473A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | U-Tec Kk | 化学物質の計測方法 |
-
1997
- 1997-05-12 JP JP13762297A patent/JPH10311812A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005331473A (ja) * | 2004-05-21 | 2005-12-02 | U-Tec Kk | 化学物質の計測方法 |
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