特開 2021-188946 検知器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-188946(P2021-188946A)

(43)【公開日】2021年12月13日

(54)【発明の名称】検知器

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/12 20060101AFI20211115BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/12 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2020-91954(P2020-91954)

(22)【出願日】2020年5月27日

(71)【出願人】

【識別番号】000190301

【氏名又は名称】新コスモス電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】田中 康孝

【テーマコード（参考）】

2G046

【Ｆターム（参考）】

2G046AA05

2G046BB02

2G046BE03

2G046DC01

2G046DD03

(57)【要約】

【課題】短時間でゼロ点調整、スパン調整および電圧調整を行う。
【解決手段】検知器（１）は、被検ガスの濃度を検出するセンサ（２）と、センサを間欠的に駆動する駆動部（３）と、センサ信号（Ｓｇｓ）を受信し、出力信号（Ｓｏｕｔ）として出力する変換部（４）と、を備え、変換部は、濃度に応じた出力信号の大きさを所定値に導くようにする調整を、センサの駆動時の出力信号を制御量とする、比例制御を用いたフィードバック制御により実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検ガスの濃度を検出するセンサと、
前記センサを間欠的に駆動する駆動部と、
前記センサからのセンサ信号を受信し、出力信号として出力する変換部と、を備え、
前記変換部は、
前記濃度に応じた前記出力信号の大きさを所定値に導くようにする調整を、前記センサの駆動時の前記出力信号を制御量とする、比例制御を用いたフィードバック制御により実行する、検知器。

【請求項2】

前記変換部には、
前記センサ信号の基準電圧を調整する第１可変抵抗器が設けられており、
前記変換部は、
前記出力信号のゼロ点調整を、前記第１可変抵抗器の抵抗値を操作して実行する、請求項１に記載の検知器。

【請求項3】

前記変換部には、
前記センサ信号の増幅器と、
前記増幅器のゲインを調整する第２可変抵抗器と、が設けられており、
前記変換部は、
前記出力信号のスパン調整を、前記第２可変抵抗器の抵抗値を操作して実行する、請求項１または２に記載の検知器。

【請求項4】

被検ガスの濃度を検出するセンサと、
前記センサを間欠的に駆動する駆動部と、を備え、
前記駆動部は、
前記センサに所定の電圧を印加できるようにする調整を、前記センサの駆動時に前記センサに印加される電圧を制御量とする、比例制御を用いたフィードバック制御により実行する、検知器。

【請求項5】

前記駆動部には、
前記センサの駆動時に前記センサに印加される電圧を調整する、第３可変抵抗器が設けられている、請求項４に記載の検知器。

【請求項6】

前記センサはＭＥＭＳセンサである、請求項１から５のいずれか１項に記載の検知器。

【請求項7】

前記センサが、交換可能に装着されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の検知器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は検知器に関する。

【背景技術】

【0002】

ガス濃度を検出するセンサとして、消費電力を小さくするために間欠駆動を行うガス検知センサが知られている。例えば特許文献１のガス検知センサでは、５秒サイクルにて０．０６秒間のパルス状の印加電圧パターンとする間欠駆動が行えることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６４３７６８９号公報（平成３０年１２月１２日発行）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このような間欠駆動を行うガス検知センサを適用した検知器では、ガス検知センサを間欠的なパルス電圧で駆動するので、検知器の出力信号のゼロ点調整やスパン調整を行う際、調整が完了するまでに時間を要するという問題がある。

【0005】

あるいは、ガス検知センサを交換した際等に実行する、ガス検知センサに印加すべき電圧の値の調整に時間を要するという問題がある。ガス検知センサに印加する電圧が、当該ガス検知センサについて規定されている値と異なると、検知器の出力信号の正確性が担保されないこととなる。

【0006】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、間欠駆動されるガス検知センサを備えた検知器において、出力信号を短時間で所定の値に調整することができる検知器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る検知器は、被検ガスの濃度を検出するセンサと、前記センサを間欠的に駆動する駆動部と、前記センサからのセンサ信号を受信し、出力信号として出力する変換部と、を備え、前記変換部は、前記濃度に応じた前記出力信号の大きさを所定値に導くようにする調整を、前記センサの駆動時の前記出力信号を制御量とする、比例制御を用いたフィードバック制御により実行する構成を備える。

【0008】

上記構成によれば、出力信号を短時間で所定の値に調整することができる検知器を提供することができる。

【0009】

上記一態様に係る検知器において、前記変換部には、前記センサ信号の基準電圧を調整する第１可変抵抗器が設けられており、前記変換部は、前記出力信号のゼロ点調整を、前記第１可変抵抗器の抵抗値を操作して実行する構成を備えてもよい。上記構成によれば、出力信号のゼロ点調整を短時間で実行することができる検知器を提供することができる。

【0010】

上記一態様に係る検知器において、前記変換部には、前記センサ信号の増幅器と、前記増幅器のゲインを調整する第２可変抵抗器と、が設けられており、前記変換部は、前記出力信号のスパン調整を、前記第２可変抵抗器の抵抗値を操作して実行する構成を備えてもよい。上記構成によれば、出力信号のスパン調整を、短時間で実行することができる検知器を提供することができる。

【0011】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る検知器は、被検ガスの濃度を検出するセンサと、前記センサを間欠的に駆動する駆動部と、を備え、前記駆動部は、前記センサに所定の電圧を印加できるようにする調整を、前記センサの駆動時に前記センサに印加される電圧を制御量とする、比例制御を用いたフィードバック制御により実行する構成を備える。

【0012】

上記構成によれば、出力信号を短時間で所定の値に調整することができる検知器を提供することができる。特に、ガス検知センサを交換した際等に、検知器の出力信号の正確性を担保するために実行する、ガス検知センサに印加すべき電圧の値の調整を、短時間で実行することができる検知器を提供することができる。

【0013】

上記一態様に係る検知器において、前記駆動部には、前記センサの駆動時に前記センサに印加される電圧を調整する、第３可変抵抗器が設けられている構成を備えてもよい。上記構成によれば、電圧を制御量とする上記フィードバック制御のための操作を実行し得る回路が具体的に実現できる。

【0014】

上記一態様に係る検知器において、前記センサはＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）センサである構成を備えてもよい。上記構成によれば、間欠的に駆動することで被検ガスの濃度を検出することができるセンサを備えた検知器をより具体的に構成することができる。

【0015】

上記一態様に係る検知器において、前記センサが、交換可能に装着されている構成を備えてもよい。上記構成によれば、センサを交換することで、長期に亘り経済的に使用することが可能な検知器を実現することができる。あるいは、被検ガスの種類に応じたセンサを装着することで、多様な被検ガスに対応できる検知器を実現することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の一態様によれば、間欠駆動されるガス検知センサを備えた検知器において、出力信号を短時間で所定の値に調整することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る検知器の回路構成の概要を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る検知器の調整制御構成図である。

【図3】本発明の実施形態に係る検知器のゼロ点調整動作を示すフローチャートである。

【図4】本発明の実施形態に係る検知器のスパン調整動作を示すフローチャートである。

【図5】本発明の実施形態に係る検知器の印加電圧調整動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

〔実施形態〕
以下、本発明の一実施形態について、図１〜図５を参照し、詳細に説明する。

【0019】

＜検知器の全体構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る検知器１の要部を、一部の構成を機能ブロックで表して示す回路図である。本実施形態に係る検知器１は、周辺大気等の測定対象ガス中における被検ガスの濃度に応じた出力信号Ｓｏｕｔを出力する装置である。

【0020】

検知器１は、センサ２と、駆動部３と、変換部４とを備えている。センサ２は、駆動部３によって電力が供給されて動作する、ガス検知センサである。駆動部３は、センサ２を間欠的に駆動するためのパルス電源である。センサ２は所要の電圧を印加されている際に、測定対象ガス中における被検ガスの濃度に応じたセンサ信号Ｓｇｓを出力する。変換部４は、センサ２の出力したセンサ信号Ｓｇｓを受信し、検知器１が出力する信号としての、出力信号Ｓｏｕｔに変換して出力する回路である。

【0021】

＜センサの構成＞
本実施形態において、センサ２は、半導体ウェハー上に微細な立体構造を形成する技術であるＭＥＭＳ技術を用いて作製されたガス検知素子を有する、ＭＥＭＳ型のガス検知センサ（ＭＥＭＳセンサ）である。ＭＥＭＳ型のガス検知センサについては、公知技術であるので、簡単に説明する。

【0022】

ＭＥＭＳ型ガス検知センサのガス検知素子は、検知ガスの感応部の熱容量が小さく、間欠駆動により動作させることが可能である。センサ２が検知し得る検知ガスの種類は、例えば水素や都市ガス、その他のガスであり得る。本実施形態において以下では、検知ガスが水素の場合を具体例として挙げて説明する。

【0023】

図１に示される本実施形態の具体的な回路構成例において、センサ２はホイートストン・ブリッジを構成している。センサ２には抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３が設けられ、それぞれがブリッジを構成するための３つの固定抵抗である。センサ２のガス検知素子には、駆動時に高温になり、検知ガスである水素に感応してその抵抗値が変化する感応部が設けられている。センサ２のガス検知素子は、図１の回路図において抵抗Ｒとして示されている。抵抗Ｒもまたブリッジを構成する抵抗である。

【0024】

センサ２を駆動するための電源を接続するための一対の、ポートＰ１、ポートＰ５が、センサ２には設けられている。ポートＰ１が電源の高電位側に、ポートＰ５が低電位側に接続される。また、センサ信号Ｓｇｓを出力するために一対の、ポートＰ２、ポートＰ３が、センサ２には設けられている。図示されているように、外部電源からセンサ２に印加された電圧をモニタするためのポートＰ４が、センサ２に、更に設けられていてもよい。

【0025】

センサ２において、ポートＰ１と、ポートＰ５との間には、この順に抵抗Ｒと、抵抗Ｒ３とが直列接続されている。抵抗Ｒと抵抗Ｒ３の接続点は、センサ信号Ｓｇｓを出力するための一方の端子であるポートＰ３に接続されている。

【0026】

また、ポートＰ１と、ポートＰ５との間に、この順に抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２とが直列接続されている。抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点は、センサ信号Ｓｇｓを出力するためのもう一方の端子であるポートＰ２に接続されている。センサ信号Ｓｇｓは、ポートＰ２の電圧を基準電圧とした、ポートＰ３の電圧である。

【0027】

＜駆動部の構成＞
駆動部３は、外部電源からの所定の直流電圧Ｖｃｃの供給を受けて、センサ２を間欠的に駆動するための駆動電圧Ｖｉｎを出力するパルス電源である。検知器１において、駆動部３の出力端子対のうちの高電位側はセンサ２のポートＰ１に接続されている。また、低電位側は、センサ２のポートＰ５に接続され、更にアースされている。

【0028】

駆動部３には、オペアンプＯＰ３、スイッチ素子ＳＷ、第３可変抵抗器ＶＲ３、抵抗Ｒ６、加算器ＡＤ３、及び、制御器ＣＴ３が設けられている。直流電圧Ｖｃｃとアースとの間に、スイッチ素子ＳＷ、第３可変抵抗器ＶＲ３、抵抗Ｒ６がこの順に直列接続されている。スイッチ素子ＳＷは、パルス信号Ｓｐに従って、直流電圧Ｖｃｃの供給のオン／オフを行う。

【0029】

スイッチ素子ＳＷのオン時に、直流電圧Ｖｃｃが、第３可変抵抗器ＶＲ３と抵抗Ｒ６により按分され、オペアンプＯＰ３の反転入力端子に入力される。オペアンプＯＰ３の出力端子は、駆動部３の高電位側の出力端子でもあり、センサ２のポートＰ１に接続されている。オペアンプＯＰ３の非反転入力端子は、センサ２のポートＰ４に接続され、センサ２に印加される電圧である駆動電圧Ｖｉｎが入力される。

【0030】

こうして、オペアンプＯＰ３は、スイッチ素子ＳＷのオン時に、直流電圧Ｖｃｃが、第３可変抵抗器ＶＲ３と抵抗Ｒ６により按分された電圧を、駆動電圧Ｖｉｎとして安定化して出力する。また、オペアンプＯＰ３は、スイッチ素子ＳＷのオフ時に、アース電圧（０電圧）を駆動電圧Ｖｉｎとして安定化して出力する。

【0031】

以上のようにして、駆動部３はパルス信号Ｓｐに従ってオン／オフするパルス電圧である、所要の駆動電圧Ｖｉｎを出力する。本実施形態において、駆動電圧Ｖｉｎはパルス信号Ｓｐに従って、例えば、３秒間オフ、その後４５ミリ秒間オンとなる周期を繰り返す。

【0032】

駆動部３において、第３可変抵抗器ＶＲ３の抵抗値は、機能ブロックである加算器ＡＤ３と、機能ブロックである制御器ＣＴ３の作用によって制御されるが、これについては後述される。

【0033】

＜変換部の構成＞
変換部４は、ブリッジ出力としてセンサ２から出力されるセンサ信号Ｓｇｓの基準電圧を調整し、ゼロ点調整を実行する、ゼロ点調整回路Ｃ１を備えている。変換部４はまた、センサ信号Ｓｇｓを変換して検知器１の出力信号Ｓｏｕｔとして出力する際の、ゲインを調整するスパン調整回路Ｃ２を備えている。

【0034】

ゼロ点調整回路Ｃ１には、抵抗Ｒ４、抵抗Ｒ５、第１可変抵抗器ＶＲ１、オペアンプＯＰ１、加算器ＡＤ１、及び、制御器ＣＴ１が設けられている。ゼロ点調整回路Ｃ１において、センサ２のポートＰ１とポートＰ５との間に、抵抗Ｒ４、第１可変抵抗器ＶＲ１、抵抗Ｒ５がこの順に直列接続されている。第１可変抵抗器ＶＲ１と抵抗Ｒ５との接続点は、センサ２がセンサ信号Ｓｇｓを出力するための一方の端子であるポートＰ２に接続されている。

【0035】

第１可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値を調整することによって、ポートＰ１とポートＰ５との間の抵抗値に対する、ポートＰ２とポートＰ５との間の抵抗値の比率が変化する。よって、ポートＰ１とポートＰ５との間に印加された駆動電圧Ｖｉｎは、当該比率に従って按分されてポートＰ２に出力される。つまり、センサ信号Ｓｇｓの基準電圧は、第１可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値により調整され得る。

【0036】

測定対象ガス中の被検ガスである水素ガスの濃度がゼロである際に、センサ２を駆動するための電圧が印加されている状態で、センサ信号Ｓｇｓ、すなわちポートＰ２に対するポートＰ３の電圧が０になるように第１可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値を調整する。このようにポートＰ２に印加される電圧、すなわち基準電圧を調整することで、センサ２、ひいては検知器１のゼロ点調整が実行される。

【0037】

ゼロ点調整回路Ｃ１において、センサ信号Ｓｇｓは、オペアンプＯＰ１に入力される。ポートＰ２はオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続され、ポートＰ３は非反転入力端子に接続される。こうして、オペアンプＯＰ１は、差動増幅器を構成しており、センサ信号Ｓｇｓをインピーダンス変換してオペアンプＯＰ１の出力端子から出力する。

【0038】

変換部４において、第１可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値は、機能ブロックである加算器ＡＤ１と、機能ブロックである制御器ＣＴ１の作用によって制御されるが、これについては後述される。

【0039】

スパン調整回路Ｃ２には、第２可変抵抗器ＶＲ２、オペアンプＯＰ２、加算器ＡＤ２、及び、制御器ＣＴ２が設けられている。スパン調整回路Ｃ２は、オペアンプＯＰ２を用いて構成された、ゼロ点調整回路Ｃ１の出力を増幅する増幅器である。

【0040】

ゼロ点調整回路Ｃ１のオペアンプＯＰ１の出力端子が、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続されている。オペアンプＯＰ２の出力端子が、第２可変抵抗器ＶＲ２を介してオペアンプＯＰ２の反転入力端子に接続されている。こうして、スパン調整回路Ｃ２は、第２可変抵抗器ＶＲ２の抵抗値によりゲインが調整される増幅器を構成している。

【0041】

上記ゼロ点調整実施後、水素ガスの濃度が所定の濃度である測定対象ガス（校正用ガス）をセンサ２のガス検知素子に作用させて、その際の出力信号Ｓｏｕｔの大きさが、所定の値となるようにスパン調整回路Ｃ２の増幅器のゲインを調整することで、スパン調整が実行される。

【0042】

変換部４において、第２可変抵抗器ＶＲ２の抵抗値は、機能ブロックである加算器ＡＤ２と、機能ブロックである制御器ＣＴ２の作用によって制御されるが、これについては後述される。

【0043】

＜機能ブロックの実現＞
図１の回路図中に示された各加算器や、各制御器の機能ブロックは、それぞれがアナログ回路で実現されてもよいが、デジタル回路、あるいはマイクロコンピュータ等のコンピュータによるデジタル処理によって実現されてもよい。以下では、コンピュータによるデジタル処理によって各機能ブロックの機能を実現する場合の構成について説明する。

【0044】

検知器１にコンピュータが適用されることで、多種のセンサ２に対して、これらの機能を実現させることが容易となる。図２は、図１の回路図中に示された各加算器や、各制御器等の機能を実行するためのコンピュータ５の構成を示すブロック図である。

【0045】

コンピュータ５は、第１可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値を制御するための制御器ＣＴ１及び加算器ＡＤ１の機能を実行する。コンピュータ５はまた、第２可変抵抗器ＶＲ２の抵抗値を制御するための制御器ＣＴ２及び加算器ＡＤ２の機能を実行する。コンピュータ５は更に、第３可変抵抗器ＶＲ３の抵抗値を制御するための制御器ＣＴ３及び加算器ＡＤ３の機能を実行する。

【0046】

コンピュータ５は、ＣＰＵ６（Central Processing Unit）、メモリ７、不揮発性メモリ８、及び、Ａ／Ｄ変換器９を備えている。不揮発性メモリ８は、各機能を実現するソフトウェアである制御プログラム１０を保持する。ＣＰＵ６は、上記制御プログラム１０を不揮発性メモリ８から読み取り、一時的にデータを保持するメモリ７を利用して、上記制御プログラム１０を実行することにより、目的を達成する。

【0047】

Ａ／Ｄ変換器９は、図１の回路図中における各信号、特に出力信号Ｓｏｕｔと駆動電圧Ｖｉｎを取り込むためのインターフェースである。図示されるように、コンピュータ５は、第１可変抵抗器ＶＲ１、第２可変抵抗器ＶＲ２、第３可変抵抗器ＶＲ３をデジタル制御する。

【0048】

そのため、本実施形態の具体例において、第１可変抵抗器ＶＲ１、第２可変抵抗器ＶＲ２、第３可変抵抗器ＶＲ３は、それぞれがデジタルポテンショメータである。デジタルポテンショメータは、コンピュータ５の指令に基づいて、抵抗値を変化することができる可変抵抗器である。本実施形態の具体例において、デジタルポテンショメータは、抵抗値のステップが１０２４段階のものを用いている。

【0049】

コンピュータ５は、センサ２の種類に応じた適切な間欠動作のタイミングを制御するパルス信号Ｓｐを、スイッチ素子ＳＷに対して出力する。更に、検知器１は、検出した被検知ガスの濃度、あるいは検知器１の動作、例えば、濃度測定、ゼロ点調整、スパン調整等の動作の実行状態を示す表示を行う表示部１１を備えていてもよい。その場合、コンピュータ５は、表示部１１を制御して、所要の表示を実行する。

【0050】

＜ゼロ点調整動作＞
以下に、本実施形態に係る検知器１の特徴的な動作である、ゼロ点調整動作について説明する。図３は、ゼロ点調整動作を説明するためのフローチャートである。作業者は、ゼロ点調整動作を実行するに当たり、センサ２のガス検知素子が触れる測定対象ガスを、被検知ガスが含まれないものとする。検知器１は、作業者の指示により、ゼロ点調整動作を開始すると、図３に示されるフローを実行する。

【0051】

ステップＳ１０：ＣＰＵ６は、ＣＰＵ６の制御によりスイッチ素子ＳＷに送信されるパルス信号Ｓｐに関する情報を参照し、センサ２に印加される駆動電圧Ｖｉｎがオンの状態にあるか否かを判断する。オン状態であると判断される場合（Ｓ１０でＹＥＳ）、フローはステップＳ１１に進み、それ以外の場合（Ｓ１０でＮＯ）、ステップＳ１０を繰り返す。

【0052】

ステップＳ１１：ＣＰＵ６は、Ａ／Ｄ変換器９が検出した出力信号Ｓｏｕｔを取得する。

【0053】

ステップＳ１２：続いてＣＰＵ６は、取得した出力信号Ｓｏｕｔと、目標値Ｖｔ１との差分を演算する。つまり、コンピュータ５が加算器ＡＤ１の機能を実行する。ここで比較される目標値Ｖｔ１は、コンピュータ５が予め、制御プログラム１０等の形式で保持しており、ゼロ点調整動作においては、通常０である。

【0054】

ステップＳ１３：続いてＣＰＵ６は、算出した差分がほぼ０であるか否かを判断する。すなわち、不等式｜Ｓｏｕｔ−Ｖｔ１｜＜ε１が満たされるか否かを判断する。ここで、ε１は、予め定められた判断の許容値である。ほぼ等しいと判断される場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、フローはステップＳ１５に進む。ゼロ点調整が完了していると判断されるからである。それ以外の場合（Ｓ１３でＮＯ）、フローはＳ１４に進む。

【0055】

ステップＳ１４：ＣＰＵ６は、算出した差分Ｓｏｕｔ−Ｖｔ１に応じて、第１可変抵抗器ＶＲ１を調整する。すなわち、差分が正であれば、第１可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値を小さくし（基準電圧を大きくさせ）、差分が負であれば、第１可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値を大きくする（基準電圧を小さくさせる）ように操作する。

【0056】

また、差分の大きさが大きいほど、抵抗値の変化の度合いを比例して大きくする。つまり、コンピュータ５が比例制御器である制御器ＣＴ１の機能を実行する。次いでＣＰＵ６は、第１可変抵抗器ＶＲ１の調整による変換部４の状態の変化が収束するための待機時間、待機する。待機時間は、例えば、１５０ミリ秒である。次にフローはステップＳ１０に戻る。ステップＳ１４での制御器ＣＴ１の第１可変抵抗器ＶＲ１の操作の結果のフィードバックのためである。

【0057】

ステップＳ１５：ＣＰＵ６は、調整された第１可変抵抗器ＶＲ１の操作値を不揮発性メモリ８に保存する。検知器１が停止し、再度起動した場合に、利用するためである。更にＣＰＵ６は、表示部１１を制御して、ゼロ点調整動作が終了したことを報知するようにしてもよい。次に、ゼロ点調整動作のフローは終了する。

【0058】

＜スパン調整動作＞
以下に、本実施形態に係る検知器１の特徴的な動作である、スパン調整動作について説明する。図４は、スパン調整動作を説明するためのフローチャートである。作業者は、検知器１に上記ゼロ点調整動作を実行させてから、スパン調整動作を実行させる。

【0059】

また作業者は、スパン調整動作を実行するに当たり、センサ２のガス検知素子に触れる測定対象ガスを、被検知ガスが所定濃度含まれる校正用のガスとする。検知器１は、作業者の指示により、スパン調整動作を開始すると、図４に示されるフローを実行する。

【0060】

ステップＳ２０：ＣＰＵ６は、ＣＰＵ６の制御によりスイッチ素子ＳＷに送信されるパルス信号Ｓｐに関する情報を参照し、センサ２に印加される駆動電圧Ｖｉｎがオンの状態にあるか否かを判断する。オン状態であると判断される場合（Ｓ２０でＹＥＳ）、フローはステップＳ２１に進み、それ以外の場合（Ｓ２０でＮＯ）、ステップＳ２０を繰り返す。

【0061】

ステップＳ２１：ＣＰＵ６は、Ａ／Ｄ変換器９が検出した出力信号Ｓｏｕｔを取得する。

【0062】

ステップＳ２２：続いてＣＰＵ６は、取得した出力信号Ｓｏｕｔと、目標値Ｖｔ２との差分を演算する。つまり、コンピュータ５が加算器ＡＤ２の機能を実行する。ここで比較される目標値Ｖｔ２は、コンピュータ５が予め制御プログラム１０等の形式で保持している。目標値Ｖｔ２は、校正用のガスに含まれる被検知ガスの濃度に応じて検知器１が出力すべき出力信号Ｓｏｕｔの大きさに対応する値である。

【0063】

ステップＳ２３：続いてＣＰＵ６は、算出した差分がほぼ０であるか否かを判断する。すなわち、不等式｜Ｓｏｕｔ−Ｖｔ２｜＜ε２が満たされるか否かを判断する。ここで、ε２は、予め定められた判断の許容値である。ほぼ等しいと判断される場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、フローはステップＳ２５に進む。スパン調整が完了していると判断されるからである。それ以外の場合（Ｓ２３でＮＯ）、フローはＳ２４に進む。

【0064】

ステップＳ２４：ＣＰＵ６は、算出した差分Ｓｏｕｔ−Ｖｔ２に応じて、第２可変抵抗器ＶＲ２を調整する。すなわち、差分が正であれば、第２可変抵抗器ＶＲ２の抵抗値を小さくし（ゲインを小さくさせ）、差分が負であれば、第２可変抵抗器ＶＲ２の抵抗値を大きくする（ゲインを大きくさせる）ように操作する。

【0065】

また、差分の大きさが大きいほど、抵抗値の変化の度合いを比例して大きくする。つまり、コンピュータ５が比例制御器である制御器ＣＴ２の機能を実行する。次いでＣＰＵ６は、第２可変抵抗器ＶＲ２の調整による変換部４の状態の変化が収束するための待機時間、待機する。待機時間は、例えば、１５０ミリ秒である。次にフローはステップＳ１０に戻る。ステップＳ２４での制御器ＣＴ２の第２可変抵抗器ＶＲ２の操作の結果のフィードバックのためである。

【0066】

ステップＳ２５：ＣＰＵ６は、調整された第２可変抵抗器ＶＲ２の操作値を不揮発性メモリ８に保存する。検知器１が停止し、再度起動した場合に、利用するためである。更にＣＰＵ６は、表示部１１を制御して、スパン調整動作が終了したことを報知するようにしてもよい。次に、スパン調整動作のフローは終了する。

【0067】

＜印加電圧調整動作＞
以下に、本実施形態に係る検知器１の特徴的な動作である、印加電圧調整動作を説明する。印加電圧調整動作は、駆動部３がセンサ２に印加する駆動電圧Ｖｉｎについて、オン時にセンサ２を駆動するための所定の印加電圧に調整するための動作である。

【0068】

図５は、印加電圧調整動作を説明するためのフローチャートである。被検知ガスの変更の目的あるいは、センサ２の消耗等に伴う交換の目的により、センサ２を交換した場合、あるいは機器の初回駆動時等に、作業者は、検知器１に印加電圧調整動作を実行させる。検知器１は、作業者の指示により、印加電圧調整動作を開始すると、図５に示されるフローを実行する。

【0069】

ステップＳ３０：ＣＰＵ６は、ＣＰＵ６の制御によりスイッチ素子ＳＷに送信されるパルス信号Ｓｐに関する情報を参照し、センサ２に印加される駆動電圧Ｖｉｎがオンの状態にあるか否かを判断する。オン状態であると判断される場合（Ｓ３０でＹＥＳ）、フローはステップＳ３１に進み、それ以外の場合（Ｓ３０でＮＯ）、ステップＳ３０を繰り返す。

【0070】

ステップＳ３１：ＣＰＵ６は、Ａ／Ｄ変換器９が検出した駆動電圧Ｖｉｎを取得する。

【0071】

ステップＳ３２：続いてＣＰＵ６は、取得した駆動電圧Ｖｉｎと、目標値Ｖｔ３との差分を演算する。つまり、コンピュータ５が加算器ＡＤ３の機能を実行する。ここで比較される目標値Ｖｔ３は、コンピュータ５が予め制御プログラム１０等の形式で保持している。目標値Ｖｔ３は、検知器１に搭載されるセンサ２の種類に応じて、その駆動電圧として予め規定されている値である。目標値Ｖｔ３の具体例は、例えば２．３Ｖである。

【0072】

ステップＳ３３：続いてＣＰＵ６は、算出した差分がほぼ０であるか否かを判断する。すなわち、不等式｜Ｖｉｎ−Ｖｔ３｜＜ε３が満たされるか否かを判断する。ここで、ε３は、予め定められた判断の許容値である。ほぼ等しいと判断される場合（Ｓ３３でＹＥＳ）、フローはステップＳ３５に進む。印加電圧調整が完了していると判断されるからである。それ以外の場合（Ｓ３３でＮＯ）、フローはＳ３４に進む。

【0073】

ステップＳ３４：ＣＰＵ６は、算出した差分Ｖｉｎ−Ｖｔ３に応じて、第３可変抵抗器ＶＲ３を調整する。すなわち、差分が正であれば、第３可変抵抗器ＶＲ３の抵抗値を大きくし（駆動電圧を小さくさせ）、差分が負であれば、第３可変抵抗器ＶＲ３の抵抗値を小さくする（駆動電圧を大きくさせる）ように操作する。

【0074】

また、差分の大きさが大きいほど、抵抗値の変化の度合いを比例して大きくする。つまり、コンピュータ５が比例制御器である制御器ＣＴ３の機能を実行する。次いでＣＰＵ６は、第３可変抵抗器ＶＲ３の調整による駆動部３の状態の変化が収束するための待機時間、待機する。待機時間は、例えば、１５０ミリ秒である。次にフローはステップＳ３０に戻る。ステップＳ３４での制御器ＣＴ３の第３可変抵抗器ＶＲ３の操作の結果のフィードバックのためである。

【0075】

ステップＳ３５：ＣＰＵ６は、調整された第３可変抵抗器ＶＲ３の操作値を不揮発性メモリ８に保存する。検知器１が停止し、再度起動した場合に、利用するためである。更にＣＰＵ６は、表示部１１を制御して、駆動電圧調整動作が終了したことを報知するようにしてもよい。

【0076】

＜作用、効果＞
上述のように、本実施形態の検知器１では、ゼロ点調整動作、スパン調整動作、印加電圧調整動作のそれぞれが、それぞれの目標値に対して、比例制御によりフィードバック制御されて実現される。

【0077】

間欠駆動されるＭＥＭＳ型のガス検知センサが適用された検知器１では、これらの調整時において、センサ２を駆動する電圧が印加される、すなわち駆動電圧Ｖｉｎがオンとなるタイミングでしか、駆動電圧Ｖｉｎまたは出力信号Ｓｏｕｔを評価できない。そのため回路の状態が安定する待機時間を考慮すると、駆動電圧Ｖｉｎの一周期毎にしか、各可変抵抗器の操作の結果のフィードバックを行い得ない。

【0078】

例えばゼロ点調整動作において、動作開始前時点での、デジタルポテンショメータである第１可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値のずれのステップ数が、仮に１０２４段階中の１００であったとする。

【0079】

この場合に、出力信号Ｓｏｕｔを目標値Ｖｔ１と比較して、その大小により単純にステップを１段階ずつ上昇または下降させていく制御をするならば、第１可変抵抗器ＶＲ１の調整が完了するまでに、１００周期分の時間を要することとなる。つまり、約３０５秒もの時間を要することとなる。なお、この時間は、電力消費を抑制するために、測定の間隔、すなわち間欠動作の周期を更に広げると、さらに増大することとなる。

【0080】

一方、本実施形態の検知器１では、第１可変抵抗器ＶＲ１の抵抗値のステップの増減は、出力信号Ｓｏｕｔと目標値Ｖｔ１との差分に応じた比例制御により実行され、フィードバック制御により最終的に収束する。実際の結果として、抵抗値のずれのステップ数が１００程度であった場合にも、１０回未満のフィードバックで収束させることができ、３０秒未満の時間でゼロ点調整動作を完了させることができる。

【0081】

このように、本実施形態の検知器１では、上記単純な手法と比較すると、極めて短時間に、ゼロ点調整動作を完了させることができる。また、スパン調整動作、印加電圧調整動作においても同様の効果を得ることができる。

【0082】

＜付記事項＞
上記実施形態において、検知器１では、実施形態中に説明された、ゼロ点調整動作、スパン調整動作、印加電圧調整動作の全てを実行する機能を備えているものとした。しかし、本発明の適用はこれに限られるものでは無く、検知器が、上記実施形態中で説明された、ゼロ点調整動作、スパン調整動作、印加電圧調整動作のうちの少なくとも一つを実行する機能を有していればよい。

【0083】

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【0084】

例えば、検知器の電源は外部電源と電池のどちらでもよい。ただし電池電源のほうがより省電力が求められ間欠駆動が採用される傾向にあるため、本発明をより好適に用いることができる。

【0085】

またガス検知センサにはＭＥＭＳ型以外のものを用いることもできる。ＭＥＭＳ型センサは省電力を１つの特徴とするので、間欠駆動が採用される傾向にある。そのためＭＥＭＳ型センサを搭載する検知器のほうが本発明をより好適に用いることができる。

【符号の説明】

【0086】

１ 検知器
２ センサ
３ 駆動部
４ 変換部
Ｃ１ ゼロ点調整回路
Ｃ２ スパン調整回路
Ｒ 感応部
ＳＷ スイッチ素子
ＶＲ１ 第１可変抵抗器
ＶＲ２ 第２可変抵抗器
ＶＲ３ 第３可変抵抗器
ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３ 制御器
ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３ オペアンプ
Ｓｐ パルス信号
Ｖｉｎ 駆動電圧
Ｓｇｓ センサ信号
Ｓｏｕｔ 出力信号
Ｖｔ１、Ｖｔ２、Ｖｔ３ 目標値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】