特許 7514999 ガス検知装置およびガス検知装置の診断方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-03

(45)【発行日】2024-07-11

(54)【発明の名称】ガス検知装置およびガス検知装置の診断方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/26 20060101AFI20240704BHJP

   G01N 27/416 20060101ALI20240704BHJP

【ＦＩ】

G01N27/26 391Z

G01N27/416 311G

G01N27/416 371G

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023221020

(22)【出願日】2023-12-27

【審査請求日】2024-05-01

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(74)【代理人】

【識別番号】100172362

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達哉

(72)【発明者】

【氏名】柏谷 康介

(72)【発明者】

【氏名】石野 智敬

(72)【発明者】

【氏名】末廣 陽

(72)【発明者】

【氏名】能美 耕太郎

【審査官】黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０８５４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６６３５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－２０９８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６６３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２６６３５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－３０９７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－３０９７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１５２３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７９２９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８６０７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／２６－２７／４９

Ｇ０８Ｂ １７／００

Ｇ０８Ｂ ２３／００－３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作用極および対極を含むガスセンサに電荷を貯める充電状態と前記ガスセンサに貯まった電荷を放出する放電状態とを切り替えた際の前記ガスセンサからの出力に基づいて、前記ガスセンサの故障診断を行う制御部を備え、
前記制御部は、前記ガスセンサの放電後に取得した前記出力と、前記ガスセンサを充電する前の前記出力に基づく所定のしきい値とに基づいて、前記ガスセンサが故障しているか否かを判断する、ガス検知装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記ガスセンサを充電する前の前記出力よりも大きい値を、前記所定のしきい値として設定する、請求項１に記載のガス検知装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記ガスセンサの放電後の前記出力を異なる時間で複数取得し、全ての前記出力に基づいて、前記ガスセンサが故障しているか否かを判断する、請求項１に記載のガス検知装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記ガスセンサの放電後の前記出力を所定間隔毎に取得し、取得した複数の前記出力に基づいて、前記ガスセンサの正常または故障を判断する、請求項３に記載のガス検知装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記ガスセンサを充電する時間よりも長い前記所定間隔毎に前記出力を取得し、取得した複数の前記出力に基づいて、前記ガスセンサの正常または故障を判断する、請求項４に記載のガス検知装置。

【請求項6】

前記制御部は、３以上の異なる時間により前記出力を取得し、取得した３以上の複数の前記出力に基づいて、前記ガスセンサの正常または故障を判断する、請求項３に記載のガス検知装置。

【請求項7】

前記制御部は、前記出力が所定の条件を満たす場合に、前記ガスセンサの故障診断を行わない、請求項１に記載のガス検知装置。

【請求項8】

前記制御部は、故障診断時以外の前記出力の累積値に基づいて、検知対象のガスを検知する、請求項１に記載のガス検知装置。

【請求項9】

作用極および対極を含むガスセンサに電荷を貯める充電状態と前記ガスセンサに貯まった電荷を放出する放電状態とを切り替えた際の前記ガスセンサからの出力に基づいて、前記ガスセンサの故障診断を行う診断方法において、
前記ガスセンサの放電後に取得した前記出力と、前記ガスセンサを充電する前の前記出力に基づく所定のしきい値とに基づいて、前記ガスセンサが故障しているか否かを判断する、ガス検知装置の診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ガス検知装置およびガス検知装置の診断方法に関し、特に、ガスセンサの故障診断を行うガス検知装置およびガス検知装置の診断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガスセンサの故障診断を行うガス検知装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、検知極および対極を含むガスセンサと、ガスセンサに流れる電流を電圧に変換する電流／電圧変換回路と、電流／電圧変換回路の出力電圧に基づいてガスセンサの故障診断を行う自己診断手段とを備える警報器（ガス検知装置）が開示されている。この特許文献１の警報器では、自己診断手段は、ガスセンサの検知極および対極の間に電荷を貯めて充電してから、放電し、その際の電流／電圧変換回路の出力電圧に基づいて、ガスセンサの故障診断を行っている。また、自己診断手段は、ガスセンサの充電時および放電時の予め設定された時点における電流／電圧変換回路の出力電圧と予め設定されたしきい値とを比較してガスセンサの故障診断を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－０８５４５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１では、自己診断手段は、ガスセンサの充電時および放電時の予め設定された時点における電流／電圧変換回路の出力電圧と予め設定されたしきい値とを比較してガスセンサの故障診断を行っている。このため、雰囲気に検知対象のガスが存在することにより、ガスセンサの充電時および放電時の出力電圧がばらつく場合に、予め設定されたしきい値に対する大小関係が異なってしまう。そのため、雰囲気の状態に応じて、ガスセンサの故障診断の結果が異なる場合があるので、ガスセンサの故障を精度よく診断することが困難である。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、雰囲気によらず、ガスセンサの故障を精度よく診断することが可能なガス検知装置およびガス検知装置の診断方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面によるガス検知装置は、作用極および対極を含むガスセンサに電荷を貯める充電状態とガスセンサに貯まった電荷を放出する放電状態とを切り替えた際のガスセンサからの出力に基づいて、ガスセンサの故障診断を行う制御部を備え、制御部は、ガスセンサの放電後に取得した出力と、ガスセンサを充電する前の出力に基づく所定のしきい値とに基づいて、ガスセンサが故障しているか否かを判断する。

【0008】

この発明の第１の局面によるガス検知装置では、上記のように、ガスセンサの放電後に取得した出力と、ガスセンサを充電する前の出力に基づく所定のしきい値とに基づいて、ガスセンサが故障しているか否かを判断する制御部を設ける。これにより、雰囲気に検知対象のガスが存在することにより、ガスセンサの充電時および放電時の出力電圧がばらつく場合でも、ガスセンサの充電する前の出力を基準として所定のしきい値を設定することができる。これにより、ガスセンサを充電してから放電した場合には、出力は充電前の値に戻るため、故障診断を行うための所定のしきい値を雰囲気に応じて適切な値に設定することができる。その結果、雰囲気によらず、ガスセンサの故障を精度よく診断することができる。

【0009】

上記第１の局面によるガス検知装置において、好ましくは、制御部は、ガスセンサを充電する前の出力よりも大きい値を、所定のしきい値として設定する。このように構成すれば、所定のしきい値を充電前の出力よりも大きい値に設定することにより、故障の場合には出力が所定のしきい値を確実に超えないようにすることができるので、故障か否かを精度よく判別することができる。

【0010】

上記第１の局面によるガス検知装置において、好ましくは、制御部は、ガスセンサの放電後の出力を異なる時間で複数取得し、全ての出力に基づいて、ガスセンサが故障しているか否かを判断する。このように構成すれば、ガスセンサの個体差により、ガスセンサの充電時および放電時の出力電圧がしきい値を超えるまでの時間にばらつきがある場合でも、放電後の異なる時間において複数の出力を取得して、全ての出力が所定のしきい値以下である場合に故障と診断するので、ガスセンサの個体差がある場合でも、ガスセンサの故障を精度よく診断することができる。

【0011】

上記異なる時間で複数取得した全ての出力に基づいてガスセンサが故障しているか否かを判断する構成のガス検知装置において、好ましくは、制御部は、ガスセンサの放電後の出力を所定間隔毎に取得し、取得した複数の出力に基づいて、ガスセンサの正常または故障を判断する。このように構成すれば、放電後の所定間隔毎に出力を取得するので、放電後に連続的に出力を取得する場合に比べて、処理負担が増大するのを軽減することができる。また、ガスセンサの個体差により、放電後に出力がしきい値を超えるまでの時間にばらつきがある場合でも、所定間隔毎の出力の取得により、ガスセンサの故障を精度よく診断することができる。

【0012】

この場合、好ましくは、制御部は、ガスセンサを充電する時間よりも長い所定間隔毎に出力を取得し、取得した複数の出力に基づいて、ガスセンサの正常または故障を判断する。このように構成すれば、充電する時間よりも長い十分な時間間隔により、放電後の出力を取得するので、短い時間間隔により出力を多く取得する場合に比べて、処理負担が増大するのをより軽減することができる。

【0013】

上記異なる時間で複数取得した全ての出力に基づいてガスセンサが故障しているか否かを判断する構成のガス検知装置において、好ましくは、制御部は、３以上の異なる時間により出力を取得し、取得した３以上の複数の出力に基づいて、ガスセンサの正常または故障を判断する。このように構成すれば、３以上の複数のタイミングにおいて出力を取得するので、比較的長い期間に渡って、放電後の出力を取得して故障の判断をすることができる。

【0014】

上記第１の局面によるガス検知装置において、好ましくは、制御部は、出力が所定の条件を満たす場合に、ガスセンサの故障診断を行わない。このように構成すれば、出力が所定の条件を満たす場合には、故障診断が行われないので、故障診断を行っている間に、検知対象のガスの検知が行われなくなるのを抑制することができる。

【0015】

上記第１の局面によるガス検知装置において、好ましくは、制御部は、故障診断時以外の出力の累積値に基づいて、検知対象のガスを検知する。このように構成すれば、故障診断時の充電時および放電時の出力の値が累積されることがないので、検知対象のガスを誤検知するのを抑制することができる。

【0016】

この発明の第２の局面によるガス検知装置の診断方法は、作用極および対極を含むガスセンサに電荷を貯める充電状態とガスセンサに貯まった電荷を放出する放電状態とを切り替えた際のガスセンサからの出力に基づいて、ガスセンサの故障診断を行う診断方法において、ガスセンサの放電後に取得した出力と、ガスセンサを充電する前の出力に基づく所定のしきい値とに基づいて、ガスセンサが故障しているか否かを判断する。

【0017】

この発明の第２の局面によるガス検知装置の診断方法では、上記のように、ガスセンサの放電後に取得した出力と、ガスセンサを充電する前の出力に基づく所定のしきい値とに基づいて、ガスセンサが故障しているか否かを判断する。これにより、雰囲気に検知対象のガスが存在することにより、ガスセンサの充電時および放電時の出力電圧がばらつく場合でも、ガスセンサの充電する前の出力を基準として所定のしきい値を設定することができる。これにより、ガスセンサを充電してから放電した場合には、出力は充電前の値に戻るため、故障診断を行うための所定のしきい値を雰囲気に応じて適切な値に設定することができる。その結果、雰囲気によらず、ガスセンサの故障を精度よく診断することが可能なガス検知装置の診断方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、上記のように、雰囲気によらず、ガスセンサの故障を精度よく診断することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】一実施形態によるガス検知装置の構成を示したブロック図である。

【図2】一実施形態によるガス検知装置のセンサ部の電気回路の一例を示した図である。

【図3】一実施形態によるガスセンサの診断時の充電前の電気回路を示した図である。

【図4】一実施形態によるガスセンサの診断時の充電中の電気回路を示した図である。

【図5】一実施形態によるガスセンサの診断時の放電中の電気回路を示した図である。

【図6】一実施形態によるガスセンサが正常な場合の診断時の検知信号の波形の例を示した図である。

【図7】一実施形態によるガスセンサの基準電圧が異なる場合の診断時の検知信号の波形の例を示した図である。

【図8】一実施形態によるガスセンサが正常な場合の診断時の検知信号の戻りが遅い場合の波形の例を示した図である。

【図9】一実施形態によるガスセンサがオープン故障した場合の電気回路を示した図である。

【図10】一実施形態によるガスセンサがオープン故障した場合の診断時の検知信号の波形の例を示した図である。

【図11】一実施形態によるガスセンサがショート故障した場合の電気回路を示した図である。

【図12】一実施形態によるガスセンサがショート故障した場合の診断時の検知信号の波形の例を示した図である。

【図13】一実施形態によるガスセンサの経年による診断時の検知信号の波形の変化の例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0021】

図１～図１３を参照して、一実施形態によるガス検知装置１００の構成について説明する。

【0022】

（警報システムの構成）
図１に示すように、ガス検知装置１００は、検知対象のガスを検知して警報を行うように構成されている。

【0023】

ガス検知装置１００は、図１に示すように、制御部１と、センサ部２と、警報部３と、電源部４とを備えている。

【0024】

制御部１は、ガス検知装置１００の各部を制御するように構成されている。また、制御部１は、プログラムを実行して処理を行うＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｕｎｉｔ）などのプロセッサと、プログラムを格納するメモリと、を含んでいる。

【0025】

センサ部２は、検知対象ガスを検知するように構成されている。センサ部２は、たとえば、ＣＯガス、メタンガス、プロパンガスなどを検知対象ガスとして検知する。センサ部２は、電気化学ガスセンサを含んでいる。センサ部２は、検知対象ガスが存在する場合に、出力電圧が変化することにより、ガスを検知する。

【0026】

警報部３は、センサ部２により検知対象ガスが検知された場合に、周囲に対して警報を発するように構成されている。警報部３は、たとえば、ブザー音、音声メッセージ、光出力、情報の表示などにより、警報を発する。警報部３は、たとえば、スピーカ、発光部、表示画面などを含んでいる。

【0027】

電源部４は、ガス検知装置１００の各部への電力供給を行う。電源部４は、商用電源と接続される電力変換回路を含んでいる。また、電源部４は、たとえば、電池であってもよい。

【0028】

センサ部２は、図２に示すように、ガスセンサ２１と、定電圧回路部２２と、信号出力部２３と、を含んでいる。ガスセンサ２１は、作用極２１ａと、対極２１ｂとを含んでいる。

【0029】

ガスセンサ２１は、図２に示すように、抵抗成分Ｒｓと、容量成分Ｃｐと、抵抗成分Ｒｐとを有する回路として表すことができる。つまり、ガスセンサ２１の回路としての各要素は、以下のように配置されていると見做せる。抵抗成分Ｒｓは、作用極２１ａ側に配置され、並列に接続された容量成分Ｃｐおよび抵抗成分Ｒｐと、直列に接続されている。並列に接続された容量成分Ｃｐおよび抵抗成分Ｒｐは、対極２１ｂ側に配置されている。

【0030】

また、ガスセンサ２１に並列に抵抗Ｒ３が設けられている。また、ガスセンサ２１の作用極２１ａ側には、抵抗Ｒ４が接続されている。また、ガスセンサ２１の対極２１ｂ側には、抵抗Ｒ５が接続されている。

【0031】

定電圧回路部２２は、センサ部２の基準電圧を生成する。定電圧回路部２２は、図２に示すように、ガスセンサ２１の対極２１ｂ側に接続されている。定電圧回路部２２は、抵抗Ｒ１と、抵抗Ｒ２と、コンデンサＣ１と、コンデンサＣ２と、ＯＰアンプＵ１と、を含んでいる。抵抗Ｒ１は、電源部４から供給される電圧ＶＣＣに接続されている。抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１に直列に接続されるとともに、グランド電位に接続されている。コンデンサＣ１は、抵抗Ｒ２と並列に、抵抗Ｒ１に直列に接続されるとともに、グランド電位に接続されている。ＯＰアンプＵ１は、抵抗Ｒ１およびＲ２との間がプラス側に接続され、マイナス側が出力に接続されている。コンデンサＣ２は、ＯＰアンプＵ１の電圧ＶＣＣとグランド電位との間に接続されている。

【0032】

信号出力部２３は、ガスセンサ２１に接続され、ガスセンサ２１から入力する電力に基づく検知信号を出力する。信号出力部２３は、電流を電圧に変換して検知信号を出力する。信号出力部２３は、図２に示すように、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ７と、抵抗Ｒ９と、コンデンサＣ３と、コンデンサＣ４と、ＯＰアンプＵ２と、を含んでいる。抵抗Ｒ６は、ガスセンサ２１の作用極２１ａ側に接続されるとともに、ＯＰアンプＵ２のマイナス側に接続されている。抵抗Ｒ７は、ガスセンサ２１の対極２１ｂ側に接続されるとともに、ＯＰアンプＵ２のプラス側に接続されている。抵抗Ｒ９およびコンデンサＣ３は、ガスセンサ２１の作用極２１ａ側に、抵抗Ｒ６およびＯＰアンプＵ２と、並列に接続されている。コンデンサＣ４は、ＯＰアンプＵ２の電圧ＶＣＣとグランド電位との間に接続されている。

【0033】

抵抗Ｒ７およびＯＰアンプＵ２のプラス側の間には、抵抗Ｒ８が接続されている。抵抗Ｒ８は、スイッチＱ１が接続されている。スイッチＱ１は、制御部１からのオンオフ制御の信号により、抵抗Ｒ８側からグランド電位に電流を流すオン状態と、抵抗Ｒ８側からグランド電位に電流を流さないオフ状態とが切り替えられる。

【0034】

ＯＰアンプＵ２の出力側には、抵抗Ｒ１０が接続されている。抵抗Ｒ１０から、検知信号が制御部１に対して出力される。具体的には、検知信号は、増幅回路により増幅された後に、制御部１に入力される。また、抵抗Ｒ１０とグランド電位との間にコンデンサＣ５が接続されている。

【0035】

スイッチＱ１は、ガスセンサ２１の作用極２１ａおよび対極２１ｂの間に電荷を貯める充電状態とガスセンサ２１の作用極２１ａおよび対極２１ｂの間の電荷を放出する放電状態とに回路を切り替える。具体的には、スイッチＱ１は、オン状態とすることにより、ガスセンサ２１の作用極２１ａおよび対極２１ｂの間に電荷を貯める充電状態とする。また、スイッチＱ１は、オフ状態とすることにより、ガスセンサ２１の作用極２１ａおよび対極２１ｂの間の電荷を放出する放電状態とする。また、スイッチＱ１は、ガスを検知する場合に、オフ状態とされる。

【0036】

図３に示すように、充電前のスイッチＱ１がオフ状態の場合、ガスセンサ２１は、通常、検知対象ガスが存在しない場合、電流が流れない。充電前はガスセンサ２１に電流が流れていないため、ＯＰアンプＵ２の負帰還の作用により、作用極２１ａと対極２１ｂは同電位となる。つまり、容量成分Ｃｐには電荷がない状態となる。

【0037】

図４に示すように、充電するためにスイッチＱ１がオン状態となると、抵抗Ｒ８がグランド電位に接続されて、ＯＰアンプＵ２のプラス側の電圧が引き下げられる（ｉｎ＋＜ｉｎ－）。つまり、ＯＰアンプＵ２のプラス側の電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗Ｒ７およびＲ８で分圧した電圧となる。これにより、ＯＰアンプＵ２の入力端子電圧のバランスが崩れ、ＯＰアンプＵ２の出力電圧が下がる。

【0038】

これにより、基準電圧Ｖｒｅｆ→抵抗Ｒ５→容量成分Ｃｐ／／抵抗成分Ｒｐ→抵抗成分Ｒｓ→抵抗Ｒ４→コンデンサＣ３／／抵抗Ｒ９→ＯＰアンプＵ２の出力側の経路で電流が流れる。その結果、ガスセンサ２１の容量成分Ｃｐに電位差が発生し、容量成分Ｃｐが充電される。

【0039】

図５に示すように、充電後に放電するためにスイッチＱ１がオフ状態となると、抵抗Ｒ８がオープンとなり、ＯＰアンプＵ２のプラス側の電圧が元の基準電圧Ｖｒｅｆに戻る。これにより、充電により、ＯＰアンプＵ２のマイナス側の電位が下がっている（ｉｎ＋＞ｉｎ－）ため、ＯＰアンプＵ２の出力側の電圧が上がる。これにより、ＯＰアンプＵ２の出力側→コンデンサＣ３／／抵抗Ｒ９→抵抗Ｒ４→抵抗成分Ｒｓ→容量成分Ｃｐ//抵抗成分Ｒｐ→抵抗Ｒ５→基準電圧Ｖｒｅｆの経路で電流が流れる。その結果、ガスセンサ２１の電位差が徐々に解消していく。ガスセンサ２１の電位差の解消が進むに従い、ＯＰアンプＵ２からの出力電圧が徐々に下がり、最終的には、充電前の状態に収束する。

【0040】

図６に示すように、時間Ｔ０において、充電が開始され、その後、時間Ｔ１において、充電から放電に切り替えられる。充電が開始されると、検知信号は、０Ｖまで低下する。そして、充電から放電に切り替えられると、検知信号は、上昇して、充電前の電圧を超えて、その後、充電前の電圧に収束する。

【0041】

また、図７に示すように、ガスセンサ２１は、個体差により、基準電圧が異なる場合がある。この場合、充電後に放電した場合、検知信号は、充電前の電圧である基準電圧を超えてから、基準電圧に収束する。

【0042】

また、図８に示すように、ガスセンサ２１は、個体差により、充電後に放電した場合の電圧の戻りが遅い場合がある。つまり、ガスセンサ２１は、充電後に放電した後に電圧が戻るまでの時間が個体差によりばらつく場合がある。

【0043】

また、図９に示すように、ガスセンサ２１がセンサオープンにより故障した場合には、容量成分Ｃｐが無くなるため、スイッチＱ１をオン状態としても、ガスセンサ２１に充電されない。つまり、ガスセンサ２１がセンサオープンにより故障している場合には、スイッチＱ１をオン状態として、ＯＰアンプＵ２の出力側の電圧が低下して電流を引き込んでもガスセンサ２１には充電されない。また、ガスセンサ２１に充電されないため、スイッチＱ１をオン状態からオフ状態に切り替えたとしても、検知信号の電圧が大きく上昇しない。

【0044】

つまり、ガスセンサ２１がセンサオープンにより故障した場合には、図１０に示すように、時間Ｔ０においてスイッチＱ１がオン状態とされても、検知信号が０Ｖまで下がらない。また、時間Ｔ１においてスイッチＱ１がオフ状態とされても、検知信号は元の電圧を超えることなく、元の電圧に収束する。

【0045】

また、図１１に示すように、ガスセンサ２１がセンサショートにより故障した場合には、容量成分Ｃｐが無くなるため、スイッチＱ１をオン状態としても、ガスセンサ２１に充電されない。つまり、ガスセンサ２１がセンサショートにより故障している場合には、スイッチＱ１をオン状態として、ＯＰアンプＵ２の出力側の電圧が低下して電流を引き込んでもガスセンサ２１には充電されない。また、ガスセンサ２１に充電されないため、スイッチＱ１をオン状態からオフ状態に切り替えたとしても、検知信号の電圧が大きく上昇しない。

【0046】

つまり、ガスセンサ２１がセンサショートにより故障した場合には、図１２に示すように、時間Ｔ０においてスイッチＱ１がオン状態とされると、検知信号が０Ｖまで下がる。そして、時間Ｔ１においてスイッチＱ１がオフ状態とされても、検知信号は元の電圧を超えることなく、元の電圧に収束する。

【0047】

ここで、本実施形態では、制御部１は、ガスセンサ２１の放電後に取得した検知信号の出力と、ガスセンサ２１を充電する前の検知信号の出力に基づく所定のしきい値とに基づいて、ガスセンサ２１が故障しているか否かを判断する。具体的には、制御部１は、ガスセンサ２１を充電してから放電後に取得した検知信号の出力が、ガスセンサ２１を充電する前の検知信号の出力に基づく所定のしきい値以下であることに基づいて、ガスセンサ２１が故障していると判断する。

【0048】

つまり、制御部１は、ガスセンサ２１を充電する前の検知信号に基づいて、所定のしきい値を設定する。たとえば、図７に示すように、制御部１は、充電前の検知信号に基づいて所定のしきい値を設定する。図７において、充電前の検知信号の値が比較的小さい破線の波形のガスセンサ２１の場合、充電前の検知信号に基づいて、所定のしきい値Ｔｈ１が設定される。また、充電前の検知信号の値が比較的大きい実線の波形のガスセンサ２１の場合、充電前の検知信号に基づいて、所定のしきい値Ｔｈ２（Ｔｈ２＞Ｔｈ１）が設定される。

【0049】

また、制御部１は、ガスセンサ２１を充電する前の検知信号よりも大きい値を、所定のしきい値として設定する。たとえば、制御部１は、充電する前の検知信号に対して、一律の数値を加算した値を所定のしきい値として設定する。また、制御部１は、充電する前の検知信号に対して、所定の割合（たとえば、１％～１０％程度）を増加させた値を所定のしきい値として設定する。

【0050】

また、本実施形態では、制御部１は、スイッチＱ１によるガスセンサ２１の充電（オン状態）および放電（オフ状態）を切り替えた際の信号出力部２３からの検知信号に基づいて、ガスセンサ２１の故障診断を行う。具体的には、制御部１は、ガスセンサ２１の放電後の検知信号を異なる時間で複数取得し、全ての検知信号に基づいて、ガスセンサ２１が故障しているか否かを判断する。具体的には、制御部１は、取得した検知信号のうち全ての検知信号が所定のしきい値以下であることに基づいて、ガスセンサ２１が故障していると判断する。

【0051】

たとえば、図６に示すように、制御部１は、充電してから放電後の時間Ｔ２、Ｔ３およびＴ４において、検知信号を取得する。図６に示す例の場合、充電してから放電後の時間Ｔ１と時間Ｔ２との間において、検知信号の値が所定のしきい値Ｔｈ１を超えている。つまり、検知信号は、時間Ｔ２、Ｔ３およびＴ４において、所定のしきい値Ｔｈ１を超えている。この場合、制御部１は、ガスセンサ２１が正常であると判断する。

【0052】

また、図１０に示す例の場合、充電（スイッチＱ１をオン状態）してから放電（スイッチＱ１をオフ状態）にした後、検知信号は、所定のしきい値Ｔｈ１を超えない。つまり、検知信号は、時間Ｔ２、Ｔ３およびＴ４のいずれにおいても、所定のしきい値Ｔｈ１以下である。この場合、制御部１は、ガスセンサ２１が故障していると判断する。

【0053】

また、図１２に示す例の場合、充電（スイッチＱ１をオン状態）してから放電（スイッチＱ１をオフ状態）にした後、検知信号は、所定のしきい値Ｔｈ１を超えない。つまり、検知信号は、時間Ｔ２、Ｔ３およびＴ４のいずれにおいても、所定のしきい値Ｔｈ１以下である。この場合、制御部１は、ガスセンサ２１が故障していると判断する。

【0054】

また、制御部１は、ガスセンサ２１を充電してから、放電後に取得した検知信号が所定のしきい値を超えた場合、ガスセンサ２１を正常と判断し、以降の故障診断のための検知信号の取得を行わないようにしてもよい。たとえば、図６に示す例では、制御部１は、充電してから放電後の時間Ｔ２において、検知信号を取得する。制御部１は、時間Ｔ２において取得した検知信号が所定のしきい値Ｔｈ１を超えているため、ガスセンサ２１を正常と判断する。また、制御部１は、以降の時間Ｔ３、Ｔ４における、故障診断のための検知信号の取得を行わない。また、図８に示す例では、制御部１は、充電してから放電後の時間Ｔ２において、検知信号を取得する。制御部１は、時間Ｔ２において取得した検知信号が所定のしきい値Ｔｈ１以下であるため、充電してから放電後の時間Ｔ３において、検知信号を取得する。制御部１は、時間Ｔ３において取得した検知信号が所定のしきい値Ｔｈ１を超えているため、ガスセンサ２１を正常と判断する。また、制御部１は、以降の時間Ｔ４における、故障診断のための検知信号の取得を行わない。

【0055】

また、制御部１は、ガスセンサ２１を充電してから、放電後の所定間隔毎に検知信号を取得し、取得した複数の検知信号に基づいて、ガスセンサ２１の正常または故障を判断する。具体的には、図６に示すように、制御部１は、放電開始から、時間間隔Ｔａ毎に検知信号を取得する。たとえば、時間間隔Ｔａは、０．１秒～数秒程度である。好ましくは、時間間隔Ｔａは、１秒程度である。

【0056】

また、制御部１は、ガスセンサ２１を充電してから、放電後に、ガスセンサ２１を充電する時間よりも長い所定間隔毎に検知信号を取得し、取得した複数の検知信号に基づいて、ガスセンサ２１の正常または故障を判断する。たとえば、制御部１は、充電時間の数倍～数十倍程度の所定時間間隔毎に、故障を判断するための検知信号を取得する。

【0057】

また、制御部１は、ガスセンサ２１を充電してから、放電後の３以上の異なる時間により検知信号を取得し、取得した３以上の複数の検知信号に基づいて、ガスセンサ２１の正常または故障を判断する。たとえば、図６に示すように、制御部１は、放電後の時間Ｔ２、Ｔ３およびＴ４の３つの異なる時間により、故障を判断するための検知信号を取得する。

【0058】

また、本実施形態では、制御部１は、第１時点において、ガスセンサ２１を充電してから放電後の所定のしきい値を超えた検知信号の、所定のしきい値との差分である第１差分を取得する。具体的には、制御部１は、第１時点において、ガスセンサ２１を充電してから、放電後の異なる時間により取得した複数の検知信号のうち、所定のしきい値を超えた検知信号の、所定のしきい値との差分である第１差分を取得する。また、制御部１は、第１時点よりも後の第２時点において、ガスセンサ２１を充電してから放電後の所定のしきい値を超えた検知信号の、所定のしきい値との差分である第２差分とを取得する。具体的には、制御部１は、第１時点よりも後の第２時点において、ガスセンサ２１を充電してから、放電後の異なる時間により取得した複数の検知信号のうち、所定のしきい値を超えた検知信号の、所定のしきい値との差分である第２差分とを取得する。そして、制御部１は、第１差分および第２差分を比較して、ガスセンサ２１の劣化状態を判断する。

【0059】

たとえば、図１３に示すように、故障の判断を、最初に時点Ａ１で行い、次に時点Ａ２で行い、その次に時点Ａ３で行った場合、経年により、放電後の検知信号の戻りが遅くなっていく場合がある。そこで、各時点における所定のしきい値を超えた差分を比較して、劣化状態が判断される。なお、故障を判断する時点は、たとえば、１日～数か月毎の時点である。

【0060】

図１３に示す例では、時点Ａ１では、時間Ｔ２において、検知信号が所定のしきい値Ｔｈ１を超えているため、時間Ｔ２における差分が取得される。時点Ａ２では、時間Ｔ２において、検知信号が所定のしきい値Ｔｈ１を超えているため、時間Ｔ２における差分が取得される。時点Ａ３では、時間Ｔ３において、検知信号が所定のしきい値Ｔｈ１を超えているため、時間Ｔ３における差分が取得される。

【0061】

制御部１は、たとえば、各時点における差分の変化率または変化量に基づいて、ガスセンサ２１の劣化の状態を判断する。

【0062】

また、制御部１は、ガスセンサ２１の故障診断時の充電時間に応じて、所定のしきい値を設定する。具体的には、制御部１は、ガスセンサ２１の状態に応じて、故障診断時の充電時間を変更する。そして、制御部１は、充電時間が長い場合には、充電する前の検知信号に基づく所定のしきい値を大きく設定し、充電時間が短い場合には、充電する前の検知信号に基づく所定のしきい値を小さく設定する。

【0063】

また、制御部１は、ガスセンサ２１を充電してから放電後に取得した検知信号が、所定のしきい値の近傍である場合、充電時間を長くして、故障診断を再度行うようにしてもよい。たとえば、故障診断時の放電後の検知信号が所定のしきい値と略等しく、検知信号が所定のしきい値を超えるか超えないかくらいの値の場合に、制御部１は、充電時間を長くして、故障診断を再度行う。

【0064】

また、制御部１は、検知信号が所定の条件を満たす場合に、ガスセンサ２１の故障診断を行わない。たとえば、制御部１は、検知信号が警報レベルのガスを検知した場合などには、ガスセンサ２１の故障診断を行わないようにしてもよい。つまり、本実施形態のガス検知装置１００では、雰囲気にかかわらずガスセンサ２１の故障診断をおこなうことは可能だが、たとえば、使用者の保護の観点で警報を優先したり、ガスセンサ２１の負荷を考慮して、診断を行なわないようにすることができる。また、制御部１は、所定期間内に検知信号の出力が1回もしくは複数回所定の値に達した場合に、ガスセンサ２１の故障診断を行わないようにしてもよい。また、制御部１は、所定期間、検知信号の出力が所定の値以上の値を維持するなどした場合には故障診断を行なわないようにしてもよい。

【0065】

また、制御部１は、故障診断時以外の検知信号の累積値に基づいて、検知対象のガスを検知する。つまり、制御部１は、検知対象のガスを検知する場合には、故障診断時の検知信号が累積されている場合は、リセットした状態で、ガスの検知を開始する。

【0066】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0067】

また、本実施形態では、上記のように、ガスセンサ２１の放電後に取得した検知信号の出力と、ガスセンサ２１を充電する前の検知信号の出力に基づく所定のしきい値とに基づいて、ガスセンサ２１が故障しているか否かを判断する制御部１を設ける。これにより、雰囲気に検知対象のガスが存在することにより、ガスセンサ２１の充電時および放電時の出力電圧がばらつく場合でも、ガスセンサ２１の充電する前の検知信号の出力を基準として所定のしきい値を設定することができる。これにより、ガスセンサ２１を充電してから放電した場合には、検知信号の出力は充電前の値に戻るため、故障診断を行うための所定のしきい値を雰囲気に応じて適切な値に設定することができる。その結果、雰囲気によらず、ガスセンサ２１の故障を精度よく診断することができる。

【0068】

また、本実施形態では、上記のように、制御部１は、ガスセンサ２１を充電する前の検知信号の出力よりも大きい値を、所定のしきい値として設定する。これにより、所定のしきい値を充電前の検知信号よりも大きい値に設定することにより、故障の場合には検知信号の出力が所定のしきい値を確実に超えないようにすることができるので、故障か否かを精度よく判別することができる。

【0069】

また、本実施形態では、上記のように、ガスセンサ２１の放電後の検知信号の出力を異なる時間で複数取得し、全ての検知信号の出力に基づいて、ガスセンサ２１が故障しているか否かを判断する。これにより、ガスセンサ２１の個体差により、ガスセンサ２１の充電時および放電時の出力電圧がしきい値を超えるまでの時間にばらつきがある場合でも、放電後の異なる時間において複数の検知信号の出力を取得して、全ての検知信号の出力が所定のしきい値以下である場合に故障と診断するので、ガスセンサ２１の個体差がある場合でも、ガスセンサ２１の故障を精度よく診断することができる。

【0070】

また、本実施形態では、上記のように、制御部１は、ガスセンサ２１の放電後の検知信号の出力を所定間隔毎に取得し、取得した複数の検知信号の出力に基づいて、ガスセンサ２１の正常または故障を判断する。これにより、放電後の所定間隔毎に検知信号の出力を取得するので、放電後に連続的に検知信号の出力を取得する場合に比べて、処理負担が増大するのを軽減することができる。また、ガスセンサ２１の個体差により、放電後に検知信号の出力がしきい値を超えるまでの時間にばらつきがある場合でも、所定間隔毎の検知信号の出力の取得により、ガスセンサ２１の故障を精度よく診断することができる。

【0071】

また、本実施形態では、上記のように、制御部１は、ガスセンサ２１を充電する時間よりも長い所定間隔毎に検知信号の出力を取得し、取得した複数の検知信号の出力に基づいて、ガスセンサ２１の正常または故障を判断する。これにより、充電する時間よりも長い十分な時間間隔により、放電後の検知信号の出力を取得するので、短い時間間隔により検知信号の出力を多く取得する場合に比べて、処理負担が増大するのをより軽減することができる。

【0072】

また、本実施形態では、上記のように、制御部１は、３以上の異なる時間により検知信号の出力を取得し、取得した３以上の複数の検知信号の出力に基づいて、ガスセンサ２１の正常または故障を判断する。これにより、３以上の複数のタイミングにおいて検知信号の出力を取得するので、比較的長い期間に渡って、放電後の検知信号の出力を取得して故障の判断をすることができる。

【0073】

また、本実施形態では、上記のように、制御部１は、検知信号の出力が所定の条件を満たす場合に、ガスセンサ２１の故障診断を行わない。これにより、検知信号の出力が所定の条件を満たす場合には、故障診断が行われないので、故障診断を行っている間に、検知対象のガスの検知が行われなくなるのを抑制することができる。

【0074】

また、本実施形態では、上記のように、制御部１は、故障診断時以外の検知信号の出力の累積値に基づいて、検知対象のガスを検知する。これにより、故障診断時の充電時および放電時の検知信号の出力の値が累積されることがないので、検知対象のガスを誤検知するのを抑制することができる。

【0075】

（変形例）
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0076】

たとえば、上記実施形態では、ガス検知装置に１つのガスセンサが設けられている例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ガス検知装置に互いに異なる検知対象のガスを検知するための複数のガスセンサが設けられていてもよい。この場合、制御部は、少なくとも１つのガスセンサについて本発明の診断を行ってもよい。

【0077】

また、ガス検知装置には、他の警報機能を備えていてもよい。たとえば、ガス検知装置は、火災警報（火災報知）の機能を備えていてもよい。

【0078】

また、上記実施形態では、ガスセンサの診断を行う場合に、充電して放電後の複数の異なる時間において検知信号が取得される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、充電して放電後のある１つの時間において検知信号が取得されてもよい。

【0079】

また、上記実施形態では、ガスセンサの診断を行う場合に、充電して放電後の３つの異なる時間において検知信号が取得される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、充電して放電後の２つまたは４つ以上の複数の異なる時間において検知信号が取得されてもよい。

【0080】

また、上記実施形態では、ガスセンサの診断を行う場合に、充電して放電後の所定間隔毎に検知信号が取得される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ガスセンサの診断を行う場合に、充電して放電後に連続して複数の検知信号が取得されてもよい。また、ガスセンサの診断を行う場合に、充電して放電後に異なる時間間隔毎に検知信号が取得されてもよい。

【0081】

また、上記実施形態では、ガスセンサの放電後の出力が、ガスセンサの充電前の出力に基づく所定のしきい値以下であることに基づいて、ガスセンサが故障していると判断する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ガスセンサの放電後の出力が、ガスセンサの充電前の出力に基づく所定のしきい値以上であることに基づいて、ガスセンサが故障していると判断してもよい。たとえば、ガスセンサの充電により出力が上がり、放電により出力が下がる場合に、ガスセンサの放電後の出力がしきい値より小さくならない場合に、ガスセンサが故障していると判断してもよい。

【0082】

また、ガスセンサの充電前の出力に基づく所定のしきい値から、所定の範囲を設定して、放電後のガスセンサの出力が、所定の範囲内または所定の範囲外の場合に、故障であると判断してもよい。

【符号の説明】

【0083】

１ 制御部
２１ ガスセンサ
２１ａ 作用極
２１ｂ 対極
１００ ガス検知装置

【要約】

【課題】雰囲気によらず、ガスセンサの故障を精度よく診断することが可能なガス検知装置を提供する。
【解決手段】このガス検知装置１００は、作用極２１ａおよび対極２１ｂを含むガスセンサ２１に電荷を貯める充電状態とガスセンサ２１に貯まった電荷を放出する放電状態とを切り替えた際のガスセンサ２１からの出力に基づいて、ガスセンサ２１の故障診断を行う制御部１を備える。そして、制御部１は、ガスセンサ２１の放電後に取得した出力と、ガスセンサ２１を充電する前の出力に基づく所定のしきい値とに基づいて、ガスセンサ２１が故障しているか否かを判断する。
【選択図】図６

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】