特許 6130184 センサ制御装置およびガス検知システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6130184

(24)【登録日】2017年4月21日

(45)【発行日】2017年5月17日

(54)【発明の名称】センサ制御装置およびガス検知システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/419 20060101AFI20170508BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/419 327P

【請求項の数】4

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-66736(P2013-66736)

(22)【出願日】2013年3月27日

(65)【公開番号】特開2014-190843(P2014-190843A)

(43)【公開日】2014年10月6日

【審査請求日】2015年5月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】樋口 雄三

(72)【発明者】

【氏名】上村 朋典

【審査官】 櫃本 研太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１７７１７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２０１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１３０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６４０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４３５２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００６８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０５７５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１７１４３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−００５５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１１８７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／４０６−２７／４１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス濃度に応じてセンサ出力信号が変化する共に、固体電解質体及び一対の電極を有する第１セルを備えるセンサ素子を有するガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、
前記第１セルのインピーダンスを検出するためのインピーダンス検出信号を発生する検出信号発生部と、
前記第１セルを通じて出力される信号のうち、前記ガス濃度に応じて変化する前記センサ出力信号、または前記インピーダンス検出信号に応答して前記第１セルに生じる応答信号を読み込み、前記センサ出力信号または前記応答信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログデジタル変換部と、
前記第１セルから前記アナログデジタル変換部までの信号経路に設けられるローパスフィルタであり、時定数を変更可能な時定数可変フィルタ部と、
を備えており、
前記時定数可変フィルタ部は、前記アナログデジタル変換部への前記センサ出力信号の入力時における時定数が、前記アナログデジタル変換部への前記応答信号の入力時における時定数よりも大きくなるように、前記時定数を変更し、
さらに、前記時定数可変フィルタ部は、
前記センサ出力信号の入力時に用いる第１ローパスフィルタと、
前記第１ローパスフィルタよりも時定数が小さいローパスフィルタであって、前記応答信号の入力時に用いる第２ローパスフィルタと、
前記アナログデジタル変換部への前記センサ出力信号の入力時には前記第１ローパスフィルタを前記第１セルと前記アナログデジタル変換部との間に接続し、前記アナログデジタル変換部への前記応答信号の入力時には前記第２ローパスフィルタを前記第１セルと前記アナログデジタル変換部との間に接続するフィルタ切替部と、
を備えており、
前記フィルタ切替部は、前記第１ローパスフィルタおよび前記第２ローパスフィルタから入力される信号のいずれか一方を前記アナログデジタル変換部に対して出力するマルチプレクサを用いて構成されること、
を特徴とするセンサ制御装置。

【請求項2】

前記ガスセンサは、前記第１セルを活性化させるためのヒータを備えており、
前記検出信号発生部による前記インピーダンス検出信号の発生時期は、前記ヒータへの通電電流の切替時期から予め定められた待機時間が経過した後に設定されること、
を特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。

【請求項3】

前記センサ素子は、固体電解質体及び一対の電極を有する第２セルをさらに備え、
前記アナログデジタル変換部でデジタル値に変換された前記センサ出力信号に基いて、前記第２セルを通電制御するための制御信号をデジタル演算するデジタル演算部と、を備えること、
を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサ制御装置。

【請求項4】

ガス濃度に応じてセンサ出力信号が変化すると共に、固体電解質体及び一対の電極を有
する第１セルを備えるセンサ素子を有するガスセンサと、
前記ガスセンサを制御するセンサ制御装置と、
を備えるガス検知システムであって、
前記センサ制御装置として、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のセンサ制御装置を備えること、
を特徴とするガス検知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガス濃度に応じてセンサ出力信号が変化するセンサ素子を有するガスセンサを制御するセンサ制御装置、およびガスセンサおよびセンサ制御装置を備えるガス検知システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスセンサを制御するセンサ制御装置を備えるガス検知システムが知られている。ガスセンサは、ガス濃度に応じてセンサ出力信号が変化する第１セルを有するセンサ素子を備えている。

【0003】

第１セルの一例としては、固体電解質体及び一対の電極を有し、測定対象ガスに含まれる特定ガス濃度（例えば、酸素濃度）に応じた起電力を発生し、その起電力に応じたセンサ出力信号を出力する第１セルが挙げられる。

【0004】

このような第１セルを有するガスセンサの一例としては、測定対象ガスに含まれる酸素濃度を検出するリニアラムダセンサや、測定対象ガスに含まれるＮＯｘ濃度を検知するＮＯｘセンサなどがある。

【0005】

そして、センサ制御装置は、センサ出力信号を出力できるようにセンサ素子の動作を制御して、センサ素子からのセンサ出力信号を読み込むことで、センサ出力信号に基づいて特定ガス濃度を検出する。

【0006】

また、このようなセンサ素子（第１セル）には、自身の温度（素子温度）の変化に応じてインピーダンスが変化する特性を有するものがある。
このようなセンサ素子を有するガスセンサを制御するセンサ制御装置は、第１セルのインピーダンスを検出するためのインピーダンス検出信号を第１セルに入力し、そのインピーダンス信号に応答する応答信号を読み込むことで、応答信号に基づいて第１セルのインピーダンスを検出すると共に、センサ素子の素子温度を検出できる。

【0007】

また、センサ制御装置においては、高周波ノイズを取り除いて精度の高い信号検出を行う手法として、信号に応じた周波数帯域を通過するフィルタ回路を設けることが一般的に知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−００８６６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかし、第１セルから出力されるセンサ出力信号、または応答信号を読み込む構成のセンサ制御装置においては、これらの信号のうちいずれか一方の信号について検出精度が低下する可能性がある。

【0010】

つまり、センサ出力信号と応答信号とは互いに周波数帯域が異なるため、センサ出力信号の周波数帯域に適したフィルタ回路を用いると、応答信号が減衰してしまい、応答信号の検出精度が低下する可能性がある。反対に、応答信号の周波数帯域に適したフィルタ回路を用いると、センサ出力信号にノイズが重畳してしまい、センサ出力信号の検出精度が低下する可能性がある。

【0011】

そこで、本発明は、センサ出力信号および応答信号を読み込む構成のセンサ制御装置において、各信号の検出精度の低下を抑制できるセンサ制御装置を提供すること、およびそのようなセンサ制御装置を備えるガス検知システムを提供すること、を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明のセンサ制御装置は、ガス濃度に応じてセンサ出力信号が変化すると共に、固体電解質体及び一対の電極を有する第１セルを備えるセンサ素子を有するガスセンサを制御するセンサ制御装置であって、第１セルのインピーダンスを検出するためのインピーダンス検出信号を発生する検出信号発生部と、第１セルを通じて出力される信号のうち、ガス濃度に応じて変化するセンサ出力信号、またはインピーダンス検出信号に応答して第１セルに生じる応答信号を読み込み、センサ出力信号または応答信号をアナログ値からデジタル値に変換するアナログデジタル変換部と、第１セルからアナログデジタル変換部までの信号経路に設けられるローパスフィルタであり、時定数を変更可能な時定数可変フィルタ部と、を備えており、時定数可変フィルタ部は、アナログデジタル変換部へのセンサ出力信号の入力時における時定数が、アナログデジタル変換部への応答信号の入力時における時定数よりも大きくなるように、時定数を変更すること、を特徴とするセンサ制御装置である。

【0013】

このように、ローパスフィルタとして時定数可変フィルタ部を備えて、センサ出力信号の入力時における時定数と、応答信号の入力時における時定数とをそれぞれ異なる値とすることで、時定数が常に一定値となる構成とは異なり、各信号に応じて時定数を変更することが可能となる。

【0014】

瞬時的な変化の小さいセンサ出力信号は、瞬時的な変化の大きい応答信号に比べて、時定数が大きく設定されたローパスフィルタを用いることで、より精度良く信号を検出することが可能となる。反対に、瞬時的な変化の大きい応答信号は、瞬時的な変化の小さいセンサ出力信号に比べて、時定数が小さく設定されたローパスフィルタを用いることで、より精度良く信号を検出することが可能となる。

【0015】

このため、センサ出力信号の入力時における時定数が応答信号の入力時における時定数よりも大きくなるように時定数を変更する時定数可変フィルタ部を備えることで、センサ出力信号および応答信号のそれぞれの検出精度を向上できる。

【0016】

換言すれば、時定数を変更して時定数可変フィルタ部を通過する信号の周波数帯域を変更することで、センサ出力信号または応答信号の各周波数帯域に応じて、時定数可変フィルタ部の周波数帯域を変更することが可能となる。つまり、センサ出力信号の入力時には、センサ出力信号の周波数帯域を含むように時定数可変フィルタ部の周波数帯域を変更し、応答信号の入力時には、応答信号の周波数帯域を含むように時定数可変フィルタ部の周波数帯域を変更することで、各信号の検出精度を向上できる。

【0017】

よって、本発明によれば、センサ出力信号および応答信号を読み込む構成のセンサ制御装置において、各信号の検出精度の低下を抑制できる。
次に、本発明のセンサ制御装置においては、ガスセンサは、第１セルを活性化させるためのヒータを備えており、検出信号発生部によるインピーダンス検出信号の発生時期は、ヒータへの通電電流の切替時期から予め定められた待機時間が経過した後に設定される、という構成を採ることができる。

【0018】

つまり、ヒータへの通電電流の切り替え直後には、通電電流の切替に伴いノイズが発生するが、待機時間が経過した後であればノイズが低減した状態となるため、応答信号の検出にあたりノイズの影響を抑制できる。

【0019】

よって、本発明によれば、応答信号の検出精度の低下を抑制できる。
次に、本発明のセンサ制御装置においては、時定数可変フィルタ部は、センサ出力信号の入力時に用いる第１ローパスフィルタと、第１ローパスフィルタよりも時定数が小さいローパスフィルタであって、応答信号の入力時に用いる第２ローパスフィルタと、アナログデジタル変換部へのセンサ出力信号の入力時には第１ローパスフィルタを第１セルとアナログデジタル変換部との間に接続し、アナログデジタル変換部への応答信号の入力時には第２ローパスフィルタを第１セルとアナログデジタル変換部との間に接続するフィルタ切替部と、を備える、という構成を採ることができる。

【0020】

つまり、この時定数可変フィルタ部においては、フィルタ切替部が、第１セルとアナログデジタル変換部との間に接続するローパスフィルタを、第１ローパスフィルタまたは第２ローパスフィルタのいずれかに切り替える。

【0021】

これにより、このセンサ制御装置は、時定数可変フィルタ部における時定数に関して、センサ出力信号の入力時における時定数を応答信号の入力時における時定数よりも大きくできるため、センサ出力信号の検出精度および応答信号の検出精度を向上できる。

【0022】

次に、本発明のセンサ制御装置においては、時定数可変フィルタ部は、１つの容量素子と、複数の抵抗素子と、容量素子と少なくとも１つの抵抗素子との接続状態を切り替えて、容量素子と少なくとも１つの抵抗素子とでローパスフィルタを形成する接続状態切替部と、を備えており、接続状態切替部は、容量素子と少なくとも１つの抵抗素子との接続状態を変更することで、ローパスフィルタの時定数を変更する、という構成を採ることができる。

【0023】

つまり、この時定数可変フィルタ部においては、接続状態切替部が、容量素子と少なくとも１つの抵抗素子との接続状態を変更することで、容量素子と少なくとも１つの抵抗素子とで構成されるローパスフィルタの時定数を変更する。

【0024】

これにより、このセンサ制御装置は、時定数可変フィルタ部における時定数に関して、センサ出力信号の入力時における時定数を応答信号の入力時における時定数よりも大きくできるため、センサ出力信号の検出精度および応答信号の検出精度を向上できる。

【0025】

次に、本発明のセンサ制御装置においては、センサ素子は、固体電解質体及び一対の電極を有する第２セルをさらに備え、アナログデジタル変換部でデジタル値に変換されたセンサ出力信号に基いて、第２セルを通電制御するための制御信号をデジタル演算するデジタル演算部を備える、という構成を採ることができる。

【0026】

これにより、このセンサ制御装置は、デジタル演算部にて第２セルを通電制御するための制御信号を精度良く演算することができる。
本発明のガス検知システムは、ガス濃度に応じてセンサ出力信号が変化すると共に、固体電解質体及び一対の電極有する第１セルを備えるセンサ素子を有するガスセンサと、ガスセンサを制御するセンサ制御装置と、を備えるガス検知システムであって、センサ制御装置として、上述のいずれかのセンサ制御装置を備えること、を特徴とするガス検知システムである。

【0027】

このガス検知システムは、上述のいずれかのセンサ制御装置を備えることから、上述したセンサ制御装置と同様に、センサ出力信号および応答信号を読み込むにあたり、アナログデジタル変換部に対して各信号の周波数帯域に応じた信号が入力されるため、各信号の検出精度を向上できる。

【0028】

よって、本発明のガス検知システムによれば、センサ出力信号および応答信号を読み込む構成において、各信号の検出精度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】ガス検知システムの全体構成図である。

【図2】第１ローパスフィルタ、第２ローパスフィルタ、マルチプレクサの内部構成を表した説明図である。

【図3】センサ制御処理の処理内容の一部を表したフローチャートである。

【図4】センサ制御処理の処理内容の残りの部分を表したフローチャートである。

【図5】ガス検知システムにおける各部の動作のタイミングを示すタイミングチャートである。

【図6】第２ガス検知システムの全体構成図である。

【図7】可変ローパスフィルタの内部構成を表した説明図である。

【図8】第２可変ローパスフィルタの内部構成を表した説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
尚、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

【0031】

［１．第１実施形態］
［１−１．全体構成］
図１は、本発明が適用された実施形態としてのガス検知システム１の全体構成図である。

【0032】

ガス検知システム１は、例えば、内燃機関の排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、酸素）を検出する用途に用いられる。
ガス検知システム１は、酸素を検出するガスセンサ８と、ガスセンサ８を制御するセンサ制御装置２と、を備えている。ガス検知システム１は、検出した酸素濃度をエンジン制御装置（図示省略）に通知する。

【0033】

エンジン制御装置は、内燃機関を制御するための各種制御処理を実行するマイクロコントローラであり、各種制御処理の１つとして、ガス検知システム１で検出した酸素濃度を用いて内燃機関の空燃比制御を行う。

【0034】

ガスセンサ８は、内燃機関（エンジン）の排気管に設けられて、排気ガス中の酸素濃度を広域にわたって検出するものであり、リニアラムダセンサとも呼ばれる。ガスセンサ８は、センサ素子９と、ヒータ２６と、を備えて構成されている。

【0035】

センサ素子９は、ポンプセル１４と、起電力セル２４と、を備えて構成されている。
ポンプセル１４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂）により形成された酸素イオン伝導性の固体電解質体１５と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された一対の多孔質電極１６と、を有している。起電力セル２４は、部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）により形成された酸素イオン伝導性の固体電解質体２５と、その表面と裏面のそれぞれに主として白金で形成された一対の多孔質電極２８と、を有している。

【0036】

ヒータ２６は、外部からの通電により発熱する発熱抵抗体を備えて構成されている。ヒータ２６は、ポンプセル１４および起電力セル２４を加熱して、ポンプセル１４および起電力セル２４を活性化状態にするために備えられる。

【0037】

なお、ガスセンサ８は、ポンプセル１４と起電力セル２４との間に、多孔質拡散層（図示省略）を介してガスセンサ８の内部に設けられた測定室（図示省略）を備えている。測定室には、多孔質拡散層を介して測定対象ガス（本実施形態では、排気ガス）が導入される。

【0038】

ガスセンサ８は、起電力セル２４を用いて、測定室の酸素濃度（換言すれば、多孔質拡散層を介して測定室内に導入された測定対象ガスの酸素濃度）に応じた起電力（検知電圧Ｖｓ）が発生する。具体的には、起電力セル２４には、表面の多孔質電極２８と裏面の多孔質電極２８との酸素濃度差に応じた検知電圧Ｖｓが発生する。つまり、起電力セル２４の検知電圧Ｖｓは、測定室の酸素濃度に応じて変化する。

【0039】

そして、起電力セル２４の検知電圧Ｖｓが所定の基準値（例えば、４５０ｍＶ程度）となるように、ポンプセル１４を用いて、測定室の測定対象ガスに含まれる酸素の汲み入れおよび汲み出しを行う。具体的には、ポンプセル１４の表面の多孔質電極１６と裏面の多孔質電極１６とにポンプ電流Ｉｐを流して、測定室内の酸素の汲み入れおよび汲み出しを行い、測定室の酸素濃度の調整を行う。

【0040】

つまり、ガスセンサ８は、測定室の酸素濃度が所定の目標濃度（例えば、ストイキ）になるように、ポンプセル１４に流したポンプ電流Ｉｐに基づいて、測定対象ガスに含まれていた酸素濃度を検出する用途に用いられる。

【0041】

センサ制御装置２は、ガスセンサ８を駆動制御して排気ガス中の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度をエンジン制御装置（図示省略）に通知する。
センサ制御装置２は、ＡＤ変換部３１（アナログデジタル変換部３１）、デジタル演算部３３、電流ＤＡ変換部３５（電流デジタルアナログ変換部３５）、検出信号発生部４２、バッファ４４、第１ローパスフィルタ４６（第１ＬＰＦ４６）、第２ローパスフィルタ４８（第２ＬＰＦ４８）、マルチプレクサ５０、Ｒｐｖｓ演算部５１、ヒータ発熱量演算部５３、ＰＷＭ生成部５５、ヒータドライバ５７、を備えている。

【0042】

検出信号発生部４２は、ガスセンサ８の起電力セル２４の内部抵抗値を検出するためのインピーダンス検出信号Ｓａを、ガスセンサ８の起電力セル２４に対して入力する。具体的には、検出信号発生部４２は、デジタル演算部３３からの指令に基づいて、インピーダンス検出信号Ｓａとしての定電流を起電力セル２４に対して通電する。

【0043】

バッファ４４は、起電力セル２４の両端電圧をハイインピーダンスで検出し、第１ローパスフィルタ４６または第２ローパスフィルタ４８に対してローインピーダンスで出力する。なお、起電力セル２４の両端電圧は、インピーダンス検出信号Ｓａの未入力時には、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１（検知電圧Ｖｓ）となり、インピーダンス検出信号Ｓａの入力時には、起電力セル２４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２となる。

【0044】

第１ローパスフィルタ４６は、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１に応じて時定数が設定されたローパスフィルタであり、バッファ４４から受信した信号からセンサ出力信号Ｖｓ１を含む所定の周波数帯域の信号を通過させる。つまり、第１ローパスフィルタ４６は、起電力セル２４の両端電圧に応じて変化する信号の中から、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１を出力するフィルタである。

【0045】

第２ローパスフィルタ４８は、起電力セル２４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２と同じ周波数帯域の信号を通過させるフィルタである。つまり、第２ローパスフィルタ４８は、起電力セル２４の両端電圧に応じて変化する信号の中から、起電力セル２４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２を出力するフィルタである。

【0046】

つまり、起電力セル２４の両端に生じる両端電圧に応じて変化する信号のうち第１ローパスフィルタ４６を通過する信号は、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１である。また、起電力セル２４の両端に生じる両端電圧に応じて変化する信号のうち第２ローパスフィルタ４８を通過する信号は、起電力セル２４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２である。

【0047】

図２に、第１ローパスフィルタ４６、第２ローパスフィルタ４８、マルチプレクサ５０の内部構成を表した説明図を示す。
第１ローパスフィルタ４６、第２ローパスフィルタ４８、マルチプレクサ５０は、起電力セル２４とＡＤ変換部３１との間の共通ライン間に接続される。

【0048】

第１ローパスフィルタ４６は、第１抵抗素子６１、第１コンデンサ６３を備えるローパスフィルタ回路である。第１抵抗素子６１は、抵抗値が５０［ｋΩ］であり、バッファ４４とマルチプレクサ５０（詳細には、第１スイッチ７１）との間に接続される。第１コンデンサ６３は、静電容量が２２［ｎＦ］であり、第１抵抗素子６１とマルチプレクサ５０との接続点６２とグランドラインとの間に接続される。

【0049】

第１ローパスフィルタ４６の時定数τ１は、τ１＝１１００［μＳｅｃ］（＝５０［ｋΩ］×２２［ｎＦ］）であり、第１ローパスフィルタ４６の遮断周波数ｆ１は、ｆ１＝０．１４［ｋＨｚ］（＝１／（２π・τ１））である。

【0050】

第２ローパスフィルタ４８は、第２抵抗素子６５、第２コンデンサ６７を備えるローパスフィルタ回路である。第２抵抗素子６５は、抵抗値が０．２７０［ｋΩ］であり、バッファ４４とマルチプレクサ５０（詳細には、第２スイッチ７３）との間に接続される。第２コンデンサ６７は、静電容量が２２［ｎＦ］であり、第２抵抗素子６５とマルチプレクサ５０との接続点６６とグランドラインとの間に接続される。

【0051】

第２ローパスフィルタ４８の時定数τ２は、τ２＝５．９４［μＳｅｃ］（＝０．２７０［ｋΩ］×２２［ｎＦ］）であり、第２ローパスフィルタ４８の遮断周波数ｆ２は、ｆ２＝２６．８［ｋＨｚ］（＝１／（２π・τ２））である。

【0052】

つまり、第１ローパスフィルタ４６の時定数τ１は、第２ローパスフィルタ４８の時定数τ２よりも大きい値である。また、第１ローパスフィルタ４６の遮断周波数ｆ１は、第２ローパスフィルタ４８の遮断周波数ｆ２よりも低周波数である。

【0053】

マルチプレクサ５０（以下、ＭＵＸ５０ともいう）は、第１ローパスフィルタ４６および第２ローパスフィルタ４８から入力される信号のいずれか一方を、ＡＤ変換部３１に対して出力する。マルチプレクサ５０は、デジタル演算部３３からの指令に基づいて、いずれの信号を出力するのかを決定する。

【0054】

マルチプレクサ５０は、第１スイッチ７１および第２スイッチ７３を備えている。第１スイッチ７１は、第１ローパスフィルタ４６とＡＤ変換部３１との間に接続されており、第２スイッチ７３は、第２ローパスフィルタ４８とＡＤ変換部３１との間に接続されている。

【0055】

第１スイッチ７１および第２スイッチ７３の各状態（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）は、デジタル演算部３３からの指令に基づいて設定される。具体的には、センサ出力信号Ｖｓ１の検出時には、第１スイッチ７１をＯＮ状態にするとともに、第２スイッチ７３をＯＦＦ状態に設定する。応答信号Ｖｓ２の検出時には、第１スイッチ７１をＯＦＦ状態にするとともに、第２スイッチ７３をＯＮ状態に設定する。

【0056】

図１に戻り、ＡＤ変換部３１は、ガスセンサ８の起電力セル２４に生じる両端電圧のアナログ値であって、第１ローパスフィルタ４６または第２ローパスフィルタ４８を介して入力される両端電圧のアナログ値をデジタル値に変換し、両端電圧のデジタル値をデジタル演算部３３またはＲｐｖｓ演算部５１に通知する。詳細には、ＡＤ変換部３１は、センサ出力信号Ｖｓ１のデジタル値をデジタル演算部３３に通知し、応答信号Ｖｓ２及びセンサ出力信号Ｖｓ１のデジタル値をＲｐｖｓ演算部５１に通知する。

【0057】

デジタル演算部３３は、センサ制御処理、ポンプ電流制御処理などの演算制御処理、及び第１スイッチ７１及び第２スイッチ７３の各状態（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）の切替などを実行する。センサ制御処理の処理内容は、後述する。

【0058】

なお、センサ制御装置２は、図示しないＥＥＰＲＯＭおよびＲＡＭを備えている。
ＥＥＰＲＯＭは、演算制御処理の内容や演算制御処理に用いる各種パラメータなどを記憶する記憶部である。また、ＥＥＰＲＯＭは、制御対象となるガスセンサ８の種類や特性に応じて定められる各種情報（ポンプセル１４の許容最大電流など）を記憶している。これらの情報は、センサ制御装置２の製造段階でＥＥＰＲＯＭに記憶される。

【0059】

ＲＡＭは、各種演算制御処理に用いられる制御データ等を一時的に記憶する記憶部である。
ポンプ電流制御処理は、起電力セル２４の検知電圧Ｖｓが目標制御電圧（本実施形態では、例えば４５０ｍＶ）となるように、ポンプセル１４に通電するポンプ電流Ｉｐを制御するための演算制御処理である。

【0060】

具体的には、ポンプ電流制御処理を実行するデジタル演算部３３は、目標制御電圧（４５０ｍＶ）と起電力セル２４の検知電圧Ｖｓとの偏差ΔＶｓに基づいてＰＩＤ演算し、偏差ΔＶｓが０に近づくように（換言すれば、検知電圧Ｖｓが目標制御電圧に近づくように）電流ＤＡ変換部３５によってポンプセル１４に通電されるポンプ電流Ｉｐを制御する。

【0061】

なお、デジタル演算部３３は、ポンプ電流Ｉｐに関する情報を含んだＤＡＣ制御信号Ｓ１を、電流ＤＡ変換部３５に対して送信する。ＤＡＣ制御信号Ｓ１は、ポンプ電流Ｉｐの電流値および通電方向（正方向、逆方向）に関する情報を含んだデジタル信号である。

【0062】

電流ＤＡ変換部３５は、デジタル演算部３３で演算されたポンプ電流Ｉｐの情報が含まれるＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づいて、ＤＡ変換を行い、ポンプセル１４に対してポンプ電流Ｉｐを通電する。

【0063】

電流ＤＡ変換部３５は、デジタル演算部３３で演算されたポンプ電流Ｉｐの情報（通電方向、電流値）が含まれるＤＡＣ制御信号Ｓ１を受信し、受信したデジタル情報についてＤＡ変換を行い、ＤＡＣ制御信号Ｓ１に基づき定められるポンプ電流をポンプセル１４に対して通電する。

【0064】

Ｒｐｖｓ演算部５１は、ＡＤ変換部３１から通知された応答信号Ｖｓ２及びセンサ出力信号Ｖｓ１に基づいて、起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する。
ヒータ発熱量演算部５３は、デジタル演算により、Ｒｐｖｓ演算部５１で演算された内部抵抗値Ｒｐｖｓに基づいてガスセンサ８の実際の温度を演算し、実際の温度をセンサ目標温度に近づけるために必要なヒータ発熱量を演算する。

【0065】

ＰＷＭ生成部５５は、ヒータ発熱量演算部５３で演算されたヒータ発熱量に基づいて、ヒータ２６に供給する電力のＤＵＴＹ比率を演算して、そのＤＵＴＹ比率に応じたＰＷＭ制御信号を生成する。

【0066】

ヒータドライバ５７は、電源装置５９から供給される電力を用いて、ＰＷＭ生成部５５からのＰＷＭ制御信号に基づいてヒータ２６への通電制御を行う。これにより、ヒータ２６の発熱量は、ガスセンサ８の実際の温度をセンサ目標温度に近づけるために必要な発熱量となる。

【0067】

［１−２．センサ制御処理］
次に、センサ制御装置２のデジタル演算部３３で実行されるセンサ制御処理について説明する。

【0068】

図３および図４に、センサ制御処理の処理内容を表したフローチャートを示す。
なお、センサ制御処理は、センサ制御装置２が起動されると開始される。
センサ制御処理が開始されると、まず、Ｓ１１０（Ｓはステップを表す）では、初期化処理（イニシャライズ処理）を実行する。具体的には、第１スイッチ７１をＯＮ状態に設定し、第２スイッチ７３をＯＦＦ状態に設定し、ポンプ電流制御処理を開始する。

【0069】

なお、ポンプ電流制御処理は、前述したように、起電力セル２４の検知電圧Ｖｓが目標制御電圧（本実施形態では、４５０ｍＶ）となるように、ポンプセル１４に通電するポンプ電流Ｉｐを制御するための演算制御処理である。このとき、ポンプ電流制御処理およびセンサ制御処理は、並行して実行される。

【0070】

次のＳ１２０では、第１タイマによる時間計測をスタートする。
次のＳ１３０では、第１タイマによる時間計測の開始から１００［ｍＳｅｃ］が経過したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ１４０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して１００［ｍＳｅｃ］が経過するまで待機する。

【0071】

Ｓ１３０で肯定判定されてＳ１４０に移行すると、Ｓ１４０では、第１タイマによる時間計測を再スタートする。
次のＳ１５０では、ヒータ２６への通電状態がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられたか否かを判定し、肯定判定の場合には１６０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して、ヒータ２６への通電状態がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられるまで待機する。

【0072】

なお、ヒータ２６への通電制御処理は、ヒータ発熱量演算部５３で実行されており、Ｓ１５０では、ヒータ２６への通電状態（ＯＮ状態、ＯＦＦ状態）をヒータ発熱量演算部５３からの信号に基づいて判断している。

【0073】

Ｓ１５０で肯定判定されてＳ１６０に移行すると、Ｓ１６０では、第２タイマによる時間計測をスタートする。
次のＳ１７０では、第２タイマによる時間計測の開始から１００［μＳｅｃ］が経過したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ１８０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して１００［μＳｅｃ］が経過するまで待機する。

【0074】

なお、Ｓ１７０で計測する待機時間は、ヒータ２６への通電電流の切替に伴いノイズが発生してからそのノイズが低減するまでの時間よりも長い時間が設定されている。
Ｓ１７０で肯定判定されてＳ１８０に移行すると、Ｓ１８０では、センサ出力信号Ｖｓ１の取得タイミングであるか否かを判定し、肯定判定の場合にはＳ１９０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行してセンサ出力信号Ｖｓ１の取得タイミングまで待機する。

【0075】

Ｓ１８０では、ＡＤ変換部３１のサンプリング周期信号がハイレベルからローレベルへ切り替わる時期のうち、Ｓ１７０で肯定判定された後、初めて到来する切替時期を、センサ出力信号Ｖｓ１の取得タイミングとして判定する。

【0076】

Ｓ１８０で肯定判定されてＳ１９０に移行すると、Ｓ１９０では、センサ出力信号Ｖｓ１を取得する。なお、センサ出力信号Ｖｓ１は、インピーダンス検出信号Ｓａの入力前における起電力セル２４の両端電圧であり、検知電圧Ｖｓとして用いられる値であるほか、起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する処理（後述するＳ３２０）で利用される値である。

【0077】

次のＳ２００では、ポンプ電流制御処理を停止するとともに、Ｉｐ出力更新処理を停止する。
なお、Ｉｐ出力更新処理とは、ポンプ電流Ｉｐに基づいて検出した酸素濃度を、図示しない通信経路を介してエンジン制御装置（図示省略）に出力する処理である。これにより、センサ制御装置２は、ガスセンサ８を駆動制御して検出した酸素濃度をエンジン制御装置（図示省略）に通知する。

【0078】

次のＳ２１０では、第１スイッチ７１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替え、第２スイッチ７３をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。
次のＳ２２０では、第３タイマによる時間計測をスタートする。

【0079】

次のＳ２３０では、第３タイマによる時間計測の開始から１４０［μＳｅｃ］が経過したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ２４０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して１４０［μＳｅｃ］が経過するまで待機する。

【0080】

Ｓ２３０で肯定判定されてＳ２４０に移行すると、Ｓ２４０では、検出信号発生部４２に対して、インピーダンス検出信号Ｓａの出力開始指令を行う。これにより、検出信号発生部４２は、−１．２２［ｍＡ］のパルス信号を起電力セル２４に対して入力する。

【0081】

次のＳ２５０では、第３タイマによる時間計測の開始から２００［μＳｅｃ］が経過したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ２６０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して２００［μＳｅｃ］が経過するまで待機する。

【0082】

Ｓ２５０で肯定判定されてＳ２６０に移行すると、Ｓ２６０では、応答信号Ｖｓ２を取得する。このとき取得される応答信号Ｖｓ２は、インピーダンス検出信号Ｓａの入力に応答して起電力セル２４に発生する信号であり、インピーダンス検出信号Ｓａの電流値（−１．２２［ｍＡ］）および起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓに応じた値を示す。

【0083】

次のＳ２７０では、検出信号発生部４２に対して、インピーダンス検出信号Ｓａの出力停止指令を行う。これにより、検出信号発生部４２は、起電力セル２４へのパルス信号の出力を停止する。

【0084】

次のＳ２８０では、第３タイマによる時間計測の開始から２３０［μＳｅｃ］が経過したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ２９０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して２３０［μＳｅｃ］が経過するまで待機する。

【0085】

Ｓ２８０で肯定判定されてＳ２９０に移行すると、Ｓ２９０では、検出信号発生部４２に対して、逆極性信号の出力開始指令を行う。これにより、検出信号発生部４２は、＋１．２２［ｍＡ］のパルス信号を起電力セル２４に対して入力する。

【0086】

なお、逆極性信号Ｓｂは、インピーダンス検出信号Ｓａとは逆極性のパルス信号である。このように起電力セル２４に逆極性信号を流すことにより、起電力セル２４を構成する固体電解質体２５の配向現象によって内部起電力が影響を受けて、本来の酸素濃度差に応じた内部起電力値を出力しない異常な状態から、正常な状態に復帰するまでの時間を短縮することができる。

【0087】

次のＳ３００では、第３タイマによる時間計測の開始から２９０［μＳｅｃ］が経過したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ３１０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して２９０［μＳｅｃ］が経過するまで待機する。

【0088】

Ｓ３００で肯定判定されてＳ３１０に移行すると、Ｓ３１０では、検出信号発生部４２に対して、逆極性信号の出力停止指令を行う。これにより、検出信号発生部４２は、起電力セル２４へのパルス信号の出力を停止する。

【0089】

次のＳ３２０では、起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する。具体的には、センサ出力信号Ｖｓ１と応答信号Ｖｓ２との差分値である電圧変化量Ｖｒｐｖｓ（＝Ｖｓ１−Ｖｓ２）を、インピーダンス検出信号Ｓａの電流値（１．２２［ｍＡ］）で除算することで、起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する。

【0090】

なお、内部抵抗値Ｒｐｖｓの演算処理は、Ｒｐｖｓ演算部５１で実行されており、演算結果である内部抵抗値Ｒｐｖｓは、Ｒｐｖｓ演算部５１からデジタル演算部３３に通知される。

【0091】

次のＳ３３０では、スイッチ解除タイミングであるか否かを判定し、肯定判定の場合にはＳ３４０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行してスイッチ解除タイミングとなるまで待機する。

【0092】

なお、ここでのスイッチ解除タイミングは、アナログデジタル変換部３１のサンプリング周期信号がハイレベルからローレベルへ切り替わる時期のうち、Ｓ３１０を実行した後、初めて到来する切替時期である。

【0093】

Ｓ３３０で肯定判定されてＳ３４０に移行すると、Ｓ３４０では、第１スイッチ７１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替え、第２スイッチ７３をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替える。

【0094】

次のＳ３５０では、第３タイマによる時間計測の開始から６００［μＳｅｃ］が経過したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ３６０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して６００［μＳｅｃ］が経過するまで待機する。

【0095】

Ｓ３５０で肯定判定されてＳ３６０に移行すると、Ｓ３６０では、ポンプ電流制御処理を開始する。
次のＳ３７０では、第３タイマによる時間計測の開始から１．０［ｍＳｅｃ］が経過したか否かを判定しており、肯定判定の場合にはＳ３８０に移行し、否定判定の場合には同ステップを繰り返し実行して１．０［ｍＳｅｃ］が経過するまで待機する。

【0096】

Ｓ３７０で肯定判定されてＳ３８０に移行すると、Ｓ３８０では、Ｉｐ出力更新処理を開始する。
次のＳ３９０では、第２タイマおよび第３タイマによる時間計測をそれぞれリセットする。

【0097】

Ｓ３９０での処理が終了すると、再びＳ１３０に移行する。
このあと、Ｓ１３０からＳ３９０までの処理を繰り返し実行する。
つまり、センサ制御処理では、第１スイッチ７１および第２スイッチ７３の状態を切り替えることで、アナログデジタル変換部３１に入力される信号の周波数帯域を切り替える処理を実行している。

【0098】

［１−３．ガス検知システム１の動作］
図５に、本実施形態のガス検知システム１における各部の動作のタイミングを示すタイミングチャートを示す。

【0099】

図５では、ＡＤ変換部３１のサンプリング周期信号の波形と、ヒータ２６へ通電されるヒータ電流の波形と、起電力セル２４に流れる電流Ｉｖｓの波形と、起電力セル２４の検知電圧Ｖｓの波形と、Ｉｐ出力更新処理における出力更新タイミングの波形と、ポンプ電流制御処理におけるポンプ電流Ｉｐの更新タイミングの波形と、第１スイッチ７１の状態と、第２スイッチ７３の状態と、を表している。

【0100】

図５のうち、時刻ｔ１は、第１タイマによる時間計測の再スタート時期であり、センサ制御処理でのＳ１４０の実行時期に相当する。
時刻ｔ２は、ヒータ２６への通電電流がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられた時期であり、センサ制御処理でのＳ１５０での肯定判定時期に相当する。

【0101】

時刻ｔ３は、ポンプ電流制御処理を停止した時期であり、Ｉｐ出力更新処理を停止した時期であり、第１スイッチ７１をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えた時期であり、第２スイッチ７３をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えた時期であり、センサ出力信号Ｖｓ１の検出時期である。

【0102】

時刻ｔ３は、センサ制御処理でのＳ１９０，Ｓ２００，Ｓ２１０の実行時期に相当する。Ｓ１９０，Ｓ２００，Ｓ２１０のそれぞれの実行時期は、厳密には異なる時期ではあるが、Ｓ１９０，Ｓ２００，Ｓ２１０の各ステップは、図５のタイミングチャートでは同時期と近似できる程度に近接した時期に実行される。

【0103】

時刻ｔ４は、検出信号発生部４２から起電力セル２４に対するインピーダンス検出信号Ｓａの入力が開始された時期であり、センサ制御処理でのＳ２４０の実行時期に相当する。

【0104】

時刻ｔ５は、応答信号Ｖｓ２の取得時期であり、かつ、検出信号発生部４２から起電力セル２４に対するインピーダンス検出信号Ｓａの入力が停止された時期である。
時刻ｔ５は、センサ制御処理でのＳ２６０およびＳ２７０の実行時期に相当する。Ｓ２６０，Ｓ２７０のそれぞれの実行時期は、厳密には異なる時期ではあるが、Ｓ２６０，Ｓ２７０の各ステップは、図５のタイミングチャートでは同時期と近似できる程度に近接した時期に実行される。

【0105】

時刻ｔ６は、検出信号発生部４２から起電力セル２４に対する逆極性信号の入力が開始された時期であり、センサ制御処理でのＳ２９０の実行時期に相当する。
時刻ｔ７は、検出信号発生部４２から起電力セル２４に対する逆極性信号の入力が停止された時期であり、センサ制御処理でのＳ３１０の実行時期に相当する。

【0106】

時刻ｔ８は、第１スイッチ７１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替えた時期であり、第２スイッチ７３をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えた時期であり、センサ制御処理でのＳ３４０の実行時期に相当する。

【0107】

時刻ｔ９は、ポンプ電流制御処理を開始した時期であり、センサ制御処理でのＳ３６０の実行時期に相当する。
時刻ｔ１０は、Ｉｐ出力更新処理を開始した時期であり、センサ制御処理でのＳ３８０の実行時期に相当する。

【0108】

そして、時刻ｔ１０１は、時刻ｔ１から１００［ｍＳｅｃ］が経過した時期であり、時刻ｔ１と同様の第１タイマによる時間計測の再スタート時期であり、センサ制御処理でのＳ１４０の実行時期に相当する。

【0109】

また、時刻ｔ１０２は、時刻ｔ２と同様のヒータ通電切替時期（ＯＮ状態からＯＦＦ状態への切替時期）であり、センサ制御処理でのＳ１５０での肯定判定時期に相当する。
そして、時刻ｔ１０３，ｔ１０４，ｔ１０５，ｔ１０６は、それぞれ時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６と同様の時期である。

【0110】

このように、ガス検知システム１においては、センサ制御装置２が上述のセンサ制御処理を実行することで、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１を検出する場合と、起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓに応じて変化する応答信号Ｖｓ２を検出する場合とで、マルチプレクサ５０における第１スイッチ７１および第２スイッチ７３を異なる状態に切り替えている。

【0111】

つまり、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１を検出して、ポンプ電流制御処理（ポンプセル１４へのポンプ電流Ｉｐのフィードバック制御処理）を行う場合には、第１スイッチ７１がＯＮ状態となり、第２スイッチ７３がＯＦＦ状態となるように、各スイッチの状態を切り替えている。また、応答信号Ｖｓ２を検出して、起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓ（換言すれば、起電力セル２４の温度）を演算する場合には、第１スイッチ７１がＯＦＦ状態となり、第２スイッチ７３がＯＮ状態となるように、各スイッチの状態を切り替えている。

【0112】

センサ制御装置２は、上述のように第１スイッチ７１および第２スイッチ７３の状態を切り替えることで、起電力セル２４とアナログデジタル変換部３１との間に設けられるローパスフィルタの時定数を切り替えると共に、起電力セル２４からアナログデジタル変換部３１に対して入力される信号の周波数帯域を切り替えている。

【0113】

第１ローパスフィルタ４６および第２ローパスフィルタ４８は、第１ローパスフィルタ４６の時定数が第２ローパスフィルタ４８の時定数よりも大きい値となるように、それぞれ構成されている。

【0114】

これにより、センサ出力信号Ｖｓ１（検知電圧Ｖｓ）を検出してポンプ電流制御処理を行う場合には、第１ローパスフィルタ４６を通過した信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、測定室の酸素濃度に応じて変化する検知電圧Ｖｓと同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力される。

【0115】

また、応答信号Ｖｓ２を検出して起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する場合には、第２ローパスフィルタ４８を通過した信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、起電力セル２４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２と同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力される。

【0116】

［１−４．効果］
以上説明したように、本実施形態のガス検知システム１においては、センサ制御装置２が、第１ローパスフィルタ４６，第２ローパスフィルタ４８，マルチプレクサ５０を備えており、センサ出力信号Ｖｓ１の検出時における時定数と応答信号Ｖｓ２の検出時における時定数とをそれぞれ異なる値に切り替えることができる。

【0117】

つまり、このガス検知システム１は、時定数が常に一定値のローパスフィルタを備える構成ではなく、時定数の異なる２つのローパスフィルタを切り替えて、通過する信号の周波数帯域を変更することで、センサ出力信号Ｖｓ１または応答信号Ｖｓ２の各周波数帯域に応じて、ＡＤ変換部３１に入力される信号の周波数帯域を変更することが可能となる。

【0118】

そして、第１ローパスフィルタ４６の時定数は、第２ローパスフィルタ４８の時定数よりも大きい値に設定されており、センサ出力信号Ｖｓ１および応答信号Ｖｓ２のそれぞれの検出精度を向上できる。

【0119】

つまり、センサ出力信号Ｖｓ１の検出時には、第１ローパスフィルタ４６を通じて、センサ出力信号Ｖｓ１と同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、センサ出力信号Ｖｓ１の検出精度が向上する。また、応答信号Ｖｓ２の検出時には、第２ローパスフィルタ４８を通じて、応答信号Ｖｓ２と同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、応答信号Ｖｓ２の検出精度が向上する。

【0120】

よって、本実施形態のガス検知システム１およびセンサ制御装置２によれば、センサ出力信号Ｖｓ１および応答信号Ｖｓ２を読み込む構成において、各信号の検出精度の低下を抑制できる。

【0121】

また、本実施形態においては、ヒータ２６への通電電流の切替時期から待機時間（１００［μＳｅｃ］）が経過した後に（Ｓ１７０で肯定判定）、検出信号発生部４２によるインピーダンス検出信号Ｓａの発生時期（Ｓ２４０）が設定されている。

【0122】

つまり、ヒータ２６への通電電流の切り替え直後には、通電電流の切替に伴いノイズが発生するが、待機時間が経過した後であればノイズが低減した状態となるため、応答信号Ｖｓ２の検出にあたりノイズの影響を抑制できる。

【0123】

よって、本実施形態のガス検知システム１およびセンサ制御装置２によれば、応答信号Ｖｓ２の検出精度の低下を抑制できる。
［１−５．特許請求の範囲との対応関係］
ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。

【0124】

ポンプセル１４が第２セルの一例に相当し、一対の多孔質電極１６が一対の電極の一例に相当し、起電力セル２４が第１セルの一例に相当し、一対の多孔質電極２８が一対の電極の一例に相当し、第１ローパスフィルタ４６，第２ローパスフィルタ４８，マルチプレクサ５０が時定数可変フィルタ部の一例に相当し、マルチプレクサ５０がフィルタ切替部の一例に相当し、ＤＡＣ制御信号Ｓ１が制御信号の一例に相当する。

【0125】

［２．第２実施形態］
第２実施形態として、第１実施形態における「第１ローパスフィルタ４６，第２ローパスフィルタ４８，マルチプレクサ５０」に代えて、可変ローパスフィルタ８１が設けられた第２センサ制御装置１０２を備える第２ガス検知システム１０１について説明する。

【0126】

なお、以下の説明では、第２実施形態の構成のうち第１実施形態と同様の構成については、第１実施形態と同一を付して説明を省略し、第２実施形態の構成のうち第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

【0127】

図６は、第２実施形態の第２ガス検知システム１０１の全体構成図である。
第２実施形態の第２センサ制御装置１０２は、第１実施形態のセンサ制御装置２に対して、「第１ローパスフィルタ４６，第２ローパスフィルタ４８，マルチプレクサ５０」に代えて、可変ローパスフィルタ８１が設けられた構成である。

【0128】

図７に、可変ローパスフィルタ８１の内部構成を表した説明図を示す。
可変ローパスフィルタ８１は、抵抗値が５０［ｋΩ］の第３抵抗素子８３と、第３スイッチ８４と、抵抗値が０．２７０［ｋΩ］の第４抵抗素子８５と、第４スイッチ８６と、静電容量が２２［ｎＦ］の第２容量素子８７と、を備える。

【0129】

可変ローパスフィルタ８１においては、第３抵抗素子８３および第３スイッチ８４の直列回路と、第４抵抗素子８５および第４スイッチ８６の直列回路とが、並列接続されると共に、第３抵抗素子８３および第４抵抗素子８５の接続点８８がバッファ４４に接続され、第３スイッチ８４および第４スイッチ８６の接続点８９がＡＤ変換部３１に接続されている。

【0130】

また、第２容量素子８７は、第３スイッチ８４および第４スイッチ８６の接続点８９とグランド電位との間に接続されている。
この可変ローパスフィルタ８１は、第３スイッチ８４がＯＮ状態であるとともに第４スイッチ８６がＯＦＦ状態の場合に、第３抵抗素子８３および第２容量素子８７からなるローパスフィルタを構成する。このときの時定数は、第１実施形態の第１ローパスフィルタ４６と同じであり、このときの可変ローパスフィルタ８１は、起電力セル２４の両端電圧に応じて変化する信号の中から、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１を抽出するフィルタである。

【0131】

また、可変ローパスフィルタ８１は、第３スイッチ８４がＯＦＦ状態であるとともに第４スイッチ８６がＯＮ状態の場合に、第４抵抗素子８５および第２容量素子８７からなるローパスフィルタを構成する。このときの時定数は、第１実施形態の第２ローパスフィルタ４８と同じであり、このときの可変ローパスフィルタ８１は、起電力セル２４の両端電圧に応じて変化する信号の中から、起電力セル２４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２を抽出するフィルタである。

【0132】

つまり、可変ローパスフィルタ８１は、第３スイッチ８４および第４スイッチ８６の各状態によって、第３抵抗素子８３、第４抵抗素子８５、第２容量素子８７の接続状態を変更することで、ローパスフィルタとしての時定数を変更可能に構成されている。

【0133】

また、第２実施形態におけるセンサ制御処理では、第１スイッチ７１に代えて第３スイッチ８４の状態を制御し、第２スイッチ７３に代えて第４スイッチ８６の状態を制御することで、アナログデジタル変換部３１に入力される信号の周波数帯域を切り替える処理を実行している。

【0134】

これにより、センサ出力信号Ｖｓ１を検出してポンプ電流制御処理を行う場合には、第３抵抗素子８３および第２容量素子８７からなるローパスフィルタを通過した信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１と同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力される。

【0135】

また、応答信号Ｖｓ２を検出して起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する場合には、第４抵抗素子８５および第２容量素子８７からなるローパスフィルタを通過した信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、起電力セル２４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２と同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力される。

【0136】

以上説明したように、第２実施形態の第２ガス検知システム１０１においては、第２センサ制御装置１０２が、可変ローパスフィルタ８１を備えており、センサ出力信号Ｖｓ１の検出時における時定数と応答信号Ｖｓ２の検出時における時定数とをそれぞれ異なる値に切り替えることができる。

【0137】

そして、センサ出力信号Ｖｓ１の検出時には、第１ローパスフィルタ４６を通じて、センサ出力信号Ｖｓ１と同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、センサ出力信号Ｖｓ１の検出精度が向上する。また、応答信号Ｖｓ２の検出時には、第２ローパスフィルタ４８を通じて、応答信号Ｖｓ２と同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、応答信号Ｖｓ２の検出精度が向上する。

【0138】

よって、第２実施形態の第２ガス検知システム１０１および第２センサ制御装置１０２によれば、第１実施形態と同様に、センサ出力信号Ｖｓ１および応答信号Ｖｓ２を読み込む構成において、各信号の検出精度の低下を抑制できる。

【0139】

ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
可変ローパスフィルタ８１が時定数可変フィルタ部の一例に相当し、第３スイッチ８４および第４スイッチ８６が接続状態切替部の一例に相当する。

【0140】

［３．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

【0141】

例えば、上記の第２実施形態では、可変ローパスフィルタ８１が、２つの抵抗素子と２つのスイッチと１つの容量素子とを備えた構成であるが、２つの抵抗素子と１つのスイッチと１つの容量素子とを備えた構成の可変ローパスフィルタを用いても良い。

【0142】

図８に、第２可変ローパスフィルタ９１の内部構成を表した説明図を示す。
第２可変ローパスフィルタ９１は、抵抗値が０．２７０［ｋΩ］の第５抵抗素子９３と、抵抗値が５０［ｋΩ］の第６抵抗素子９４と、第５スイッチ９５と、静電容量が２２［ｎＦ］の第３容量素子９６と、を備える。

【0143】

第２可変ローパスフィルタ９１においては、第５抵抗素子９３および第６抵抗素子９４が直列接続され、第６抵抗素子９４と第５スイッチ９５とが並列接続され、第５抵抗素子９３の一端がバッファ４４に接続され、第６抵抗素子９４の一端がＡＤ変換部３１に接続されている。

【0144】

また、第３容量素子９６は、第６抵抗素子９４およびＡＤ変換部３１の接続点９７とグランド電位との間に接続されている。
この第２可変ローパスフィルタ９１は、第５スイッチ９５がＯＦＦ状態である場合に、第５抵抗素子９３および第６抵抗素子９４の直列回路と第３容量素子９６からなるローパスフィルタを構成する。このときの時定数は、第１実施形態の第１ローパスフィルタ４６に近い値であり、このときの第２可変ローパスフィルタ９１は、起電力セル２４の両端電圧に応じて変化する信号の中から、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１を抽出するフィルタである。

【0145】

また、第２可変ローパスフィルタ９１は、第５スイッチ９５がＯＮ状態である場合に、第５抵抗素子９３および第３容量素子９６からなるローパスフィルタを構成する。このときの時定数は、第１実施形態の第２ローパスフィルタ４８と同じであり、このときの第２可変ローパスフィルタ９１は、起電力セル２４の両端電圧に応じて変化する信号の中から、起電力セル２４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２を抽出するフィルタである。

【0146】

つまり、第２可変ローパスフィルタ９１は、第５スイッチ９５の状態によって、第５抵抗素子９３、第６抵抗素子９４、第３容量素子９６の接続状態を変更することで、ローパスフィルタとしての時定数を変更可能に構成されている。

【0147】

また、第２可変ローパスフィルタ９１を備えるセンサ制御装置では、第１実施形態での第２スイッチ７３に代えて第５スイッチ９５の状態を制御することで、アナログデジタル変換部３１に入力される信号の周波数帯域を切り替える処理を実行している。

【0148】

これにより、センサ出力信号Ｖｓ１を検出してポンプ電流制御処理を行う場合には、第５抵抗素子９３および第６抵抗素子９４の直列回路と第３容量素子９６からなるローパスフィルタを通過した信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力される。このとき、測定室の酸素濃度に応じて変化するセンサ出力信号Ｖｓ１と同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、センサ出力信号Ｖｓ１の検出精度が向上する。

【0149】

また、応答信号Ｖｓ２を検出して起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する場合には、第５抵抗素子９３および第３容量素子９６からなるローパスフィルタを通過した信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力される。このとき、起電力セル２４の内部抵抗値に応じて変化する応答信号Ｖｓ２と同じ周波数帯域の信号がアナログデジタル変換部３１に対して入力されるため、応答信号Ｖｓ２の検出精度が向上する。

【0150】

以上説明したように、このような構成のガス検知システムにおいては、センサ制御装置が、第２可変ローパスフィルタ９１を備えており、センサ出力信号Ｖｓ１の検出時における時定数と応答信号Ｖｓ２の検出時における時定数とをそれぞれ異なる値に切り替えることで、センサ出力信号Ｖｓ１の検出精度および応答信号Ｖｓ２の検出精度が向上する。

【0151】

よって、第２可変ローパスフィルタ９１を備えるガス検知システムおよびセンサ制御装置によれば、第２実施形態と同様に、センサ出力信号Ｖｓ１および応答信号Ｖｓ２を読み込む構成において、各信号の検出精度の低下を抑制できる。

【0152】

ここで、特許請求の範囲と本実施形態とにおける文言の対応関係について説明する。
第２可変ローパスフィルタ９１が時定数可変フィルタ部の一例に相当し、第５スイッチ９５が接続状態切替部の一例に相当する。

【0153】

また、上述の各実施形態における抵抗素子の抵抗値や容量素子の静電容量は、上記数値に限られることはなく、検出対象ガスの種類やガス検出の用途などに応じて任意の適切な値を設定することができる。

【0154】

また、上述の各実施形態におけるセンサ制御処理での待機時間や判定に用いる時間は、上記数値に限られることはなく、検出対象ガスの種類やガス検出の用途などに応じて任意の適切な値を設定することができる。

【0155】

また、上記実施形態では、起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する処理とポンプ電流制御処理とを並行して実行する構成について説明したが、本発明はこのような構成に限られることはない。例えば、ポンプ電流制御処理は実行せず、起電力セルから出力されるセンサ出力信号Ｖｓ１及び応答信号Ｖｓ２を取得し、起電力セル２４の内部抵抗値Ｒｐｖｓを演算する処理を定期的に実行する構成のセンサ制御装置にも、本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0156】

１…ガス検知システム、２…センサ制御装置、８…ガスセンサ、９…センサ素子、１４…ポンプセル、２４…起電力セル、２６…ヒータ、３１…ＡＤ変換部（アナログデジタル変換部）、３３…デジタル演算部、３５…電流ＤＡ変換部（電流デジタルアナログ変換部）、４２…検出信号発生部、４６…第１ローパスフィルタ、４８…第２ローパスフィルタ、５０…マルチプレクサ、５１…Ｒｐｖｓ演算部、５３…ヒータ発熱量演算部、５５…ＰＷＭ生成部、５７…ヒータドライバ、５９…電源装置、６１…第１抵抗素子、６３…第１コンデンサ、６５…第２抵抗素子、６７…第２コンデンサ、７１…第１スイッチ、７３…第２スイッチ、８１…可変ローパスフィルタ、８３…第３抵抗素子、８４…第３スイッチ、８５…第４抵抗素子、８６…第４スイッチ、８７…第２容量素子、９１…第２可変ローパスフィルタ、９３…第５抵抗素子、９４…第６抵抗素子、９５…第５スイッチ、９６…第３容量素子、１０１…第２ガス検知システム、１０２…第２センサ制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】