JP2005077225A - 出力安定度の判定機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 迅速かつ確実にガス検知素子の安定度を判定する技術を提供する。
【解決手段】 ガス検知装置から、通電開始後ベース出力が安定する途中の経過時間とそのときの出力値とを示す複数組のデータを得、そのデータに基づきガス検知装置の出力安定度を判定する際に、複数のデータから、ガス検知装置のベース出力が安定したときの出力を予測してベース出力仮予測値を求め、ガス検知素子の劣化度を判定する劣化判定機構６を設け、ガス検知素子の劣化度に応じた関数近似方法を適用して、複数のデータからガス検知装置のベース出力が安定したときの出力値を予測して、ベース出力本予測値を求め、最新のデータにおける出力値とベース出力本予測値との差に基づいて、ガス検知装置の初期応答出力の安定度を判定するベース比較機構７を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、通電によりガス検知素子から出力を得るガス検知装置から、通電開始後ベース出力が安定するまでの経過時間とそのときの出力値とを示す複数組のデータを得るとともに、そのデータに基づき前記ガス検知装置の出力安定度を判定する出力安定度判定機構に関する。

通常ガス検知素子の出力は、通電開始直後に高い値をとり、速やかに減少して前記安定ベース出力値に近づき、以後緩やかに前記安定ベース出力値に達する。

従って、従来、前記ガス検知装置の出力安定度を判定するには、前記複数組のデータのうち所定時間差のデータにおける出力値の差を求め、その出力値の差が所定のしきい値以下になったときに前記ガス検知素子からの出力が略一定値（安定ベース出力値）に近づいたものとして、ベース出力が安定したと判定していた（特許文献１参照）。

特開２００１−１６５８８５号公報

しかし、このようにして安定度を判定するものとすると、ガス検知素子の劣化程度によっては、ガス検知素子からの出力が一定の安定出力値を示すまでに相当の時間を要する場合があり、このような場合、出力値は通電開始後から緩やかに変化し始め、前記安定ベース出力値に近づくまでに相当の時間を要することになっている。

このように判定した場合、所定時間差のデータにおける出力差が小さければ、安定したものと判定してしまうために、
出力値自体は前記安定ベース出力値と大きく離れたものであるのに、前記出力差が小さくなったような場合にも、前記ガス検知素子が安定したものと判定してしまったり、
前記出力値自体が前記安定ベース出力値にきわめて近くなっているにもかかわらず、前記出力差がまだ大きい状態であるために、まだ安定していないと判定してしまったりする誤判定が生じてしまうことがあった。

上記誤判定のうち前者は前記出力差のしきい値を十分小さくすることによって防ぐことができるが、この場合判定に要する時間が長くなってしまう。
また、後者の場合、前記しきい値を大きく設定すれば防ぐことができるが、いずれの誤判定も効率よく防ぐには、前記しきい値を思考錯誤により、適切に設定せざるを得ず、しきい値の設定が困難である。また、しきい値を両者の中間値に適切に設定したとしても、出力差としきい値との間にはいずれの場合にも大きな隔たりが生じることになり、十分効率よく判定するのは困難であった。

従って本発明は、迅速かつ確実にガス検知素子の安定度を判定する技術を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明の出力安定度判定機構の第１の特徴構成は、
通電によりガス検知素子から出力を得るガス検知装置から、通電開始後ベース出力が安定する途中の経過時間とそのときの出力値とを示す複数組のデータを得るとともに、そのデータに基づき前記ガス検知装置の出力安定度を判定する出力安定度判定機構であって、
前記複数のデータから、前記ガス検知装置のベース出力が安定したときの出力を予測してベース出力仮予測値を求め、そのベース出力仮予測値に基づき、前記ガス検知素子の劣化度を判定する劣化判定機構を設け、
前記ガス検知素子の劣化度に応じた関数近似方法を適用して、前記複数のデータから前記ガス検知装置のベース出力が安定したときの出力値を予測して、ベース出力本予測値を求め、最新のデータにおける出力値と前記ベース出力本予測値との差に基づいて、前記ガス検知装置の初期応答出力の安定度を判定するベース比較機構を設けた点にある。

つまり、通電によりガス検知素子から出力を得るガス検知装置から、通電開始後ベース出力が安定する途中の経過時間とそのときの出力値とを示す複数組のデータを得ることにより、得られた複数組のデータに基づいて、そのガス検知素子のベース出力が安定するまでの出力の経時変化を予測することができる。
ここで、前記データにおいて経過時間として十分大きな値をとった場合に、得られる出力値を予測すると、安定ベース出力値の予測値（ベース出力仮予測値）が得られる。この際ベース出力仮予測値は、関数近似や、経験則から予測することができ、種々公知の技術を応用することができる。
一般にベース出力が低いときは、ガス検知素子は比較的新鮮であまり劣化していないものであり、逆にベース出力が高いときはガス検知素子が長期使用にさらされ劣化したものであることが知られている。そこで、前記ベース出力仮予測値が、小さければ新鮮なガス検知素子、大きければ劣化したガス検知素子であるとして取り扱って良いと判定することができる。

ここで、前記ガス検知素子の劣化度がわかれば、前記ガス検知素子の出力傾向がわかり、その劣化度に応じた関数近似により、より正確なベース出力の予測が可能となる。尚、関数近似としては、回帰分析、ファジー推論、ニューラルネットワーク技術等の適用が可能で、種々公知の技術を応用することができる。
より正確なベース出力の予測により得られたベース出力本予測値と最新のデータの出力値との差を求めると、前記出力値がどの程度安定ベース出力値に近づいたかをより正確に知ることができる。そこで、最新のデータにおける出力値と前記ベース出力本予測値とを比較するベース比較機構を設けておけば、前記ガス検知装置の初期応答出力の安定度を判定することができる。

このように比較判定を行えば、一対のデータ間の出力を比較するのではなく、安定ベース出力の予測値とデータの出力値との比較であることから、新鮮なガス検知素子の場合には、前記出力値自体が前記安定ベース出力値にきわめて近くなっているにもかかわらず、前記出力差がまだ大きい状態であるために、まだ安定していないと判定する誤判定を解消することができる。また、劣化したガス検知素子の場合に、出力値自体は前記安定ベース出力値と大きく離れたものであるのに、前記出力差が小さくなったような場合にも、前記ガス検知素子が安定したものと判定してしまう誤判定を解消することができた。

従って、ガス検知素子が安定したと見なせる時期を早期に正確に判定することができるようになったので、電源投入後ガス検知装置を、速やかに使用することができるようになって、ガス検知装置の利便性を高めることができた。

また、本発明の出力安定度判定機構の第２、第３の特徴構成は、前記最新のデータにおける出力値と前記ベース出力本予測値との差が第一しきい値よりも小さいときに、前記ガス検知装置の出力が安定したものとする点、および、前記ガス検知装置の出力が安定していないと判定された場合に、新たなデータを得るとともに、前記ベース比較機構が前記新たなデータを参照して、前記ガス検知装置の初期応答出力の安定度を判定する点にある。

つまり、前記ベース比較機構により求められた最新のデータにおける出力値と前記ベース出力本予測値との差が、十分小さければ、前記ガス検知素子の出力は安定化していると言えるから、その差と前記第一しきい値とを比較して、前記ベース出力本予測値との差が第一しきい値よりも小さいときに、前記ガス検知装置の出力が安定したものとすることができる。
ここで、前記ガス検知装置の出力が安定していないと考えられるときには、さらに、ガス検知素子を通電状態に維持して出力が安定するのを待つ必要がある。そこで、最新のデータから所定時間後に次ぎのデータを求めるとともに、そのデータの出力値をもとに再度前記ガス検知装置の初期応答出力の安定度を判定することによって、前記所定時間ごとに前記安定度の判定をして、安定化したと見なせることがわかれば、ガス検知素子が使用可能であるから、速やかにそのガス検知素子を使用することができるようになる。

このような判定により、たとえば安定化に２分以上かかるガス検知素子に対し、従来は１分以上たってから、使用可能と判定していたのに対し、本発明の出力安定度の判定機構によれば、約３０秒で安定して使用可能な状態に達したと判定することができ、しかもそのときのガス検知出力測定値も十分正確であることがわかった。従って、従来は安定化度の判定に必要以上の時間をかけすぎる傾向にあったのを、短時間で終了させられるようになったといえる。

また、本発明の出力安定度判定機構の第４の特徴構成は、前記ベース比較機構が、環境温度に応じた関数近似方法を適用して、前記ガス検知装置の初期応答出力の安定度を判定する点にある。

上述のように初期安定化度を誤判定する要因として最も重要な点は、ガス検知素子の劣化度によってそのガス検知素子の安定ベース出力値が異なることであるが、安定ベース出力値は、環境温度の影響を受けることも知られている。
そのため、関数近似方法を適用する際には、現在の環境温度に応じて安定ベース出力値を予測することによって、より正確なベース出力本予測値を求めることができ、より正確な安定化度の判定を可能とする。

また、本発明の出力安定度判定機構の第５の特徴構成は、前記複数組のデータを第一所定時間ごとに求めるとともに、これらのデータのうち第二所定時間差のデータにおける出力値の差が第二しきい値よりも小さいとき、前記ベース比較工程を行うことなく前記ガス検知装置の出力が安定したものとする点にある。

つまり、従来と同様の手法でもあわせてガス検知素子の安定化度を判定しておけば、たとえば、通電開始後数秒で出力が一定値に落ち着いたような場合には、そのガス検知素子が使用直後でまだ熱を持っている等の安定化しやすい環境にあったものと判定することができるので、先の判定結果を待つことなく安定化したものと判定して良いことになり、より速やかにガス検知装置の使用を開始できるようになる。

また、本発明の出力安定度判定機構の第６、第７の特徴構成は、ガス検知素子への無通電時間が第三所定時間に達したときに、前記ガス検知素子にパージ通電するパージ機構を設けてある点に、および、前記第三所定時間を２４時間とし、前記パージ通電をガス検知温度以上で１分間以上行う点にある。

通常ガス検知装置に搭載されているガス検知素子のうち、半導体式ガス検知素子等は、無通電時間が長いほど通電直後の出力が高く安定化に時間がかかる。従って、このような現象を解消するには、前記ガス検知装置を所定間隔で使用し、適宜通電しておくようにすればよい。しかし、ガス検知装置の使用時期を人為的に管理することは困難であるから、前記パージ機構により、適宜パージ通電するようにしておけば、前記ガス検知素子を容易に安定化させられる状態に維持することができるとともに、前記ガス検知素子の安定化する過渡応答波形が規格化されて、関数近似を行う際に同じパラメータで種々のガス検知素子の安定ベース出力値を正確に予測することができるようになる。
尚、このような現象の無い接触燃焼式のものであれば、無通電時間が第三所定時間に達したときに、定期的にパージをするような操作をしなくても、十分過渡応答波形が規格化されているが、パージ通電すると、ガス検知素子に対する妨害ガスの付着を回避する効果も発揮されるので、接触燃焼式のものに適用しても有意である。

また、前記パージ通電は、２４時間の無通電に対して１分間以上行えば良いことが実験的に見出されており、無通電時間に対する通電時間が短いと効果が不十分となり、長すぎても費用対効果の点で意義が少ない。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明のガス検知装置は、図１に示すように、被検知ガスとの接触に基づき、電気的な出力を生じる半導体式のガス検知素子１を筐体２内部に設け、ブリッジ回路を備え前記出力を取出すガス検知回路３を設ける。前記ガス検知回路３には、電源投入時の初期出力をモニタし、電源投入後１秒（第一所定時間）ごとの出力を（Ｔ１，Ｖ１）、（Ｔ２，Ｖ２）、（Ｔ３，Ｖ３）、………（ＴＮ，ＶＮ）のデータ（ＴＮはＮ番目のデータにおける経過時間、ＶＮはそのときの出力）として出力して記憶する出力機構４および記憶部５を備える。また、前記ガス検知回路には劣化判定機構６、ベース比較機構７、温度判定機構８等を備えて出力安定度判定機構が構成される。

また、前記ガス検知装置は、無通電時間が２４時間（第三所定時間）に達したときに、前記ガス検知素子に１分間パージ通電するパージ機構９を備える。

以下に出力安定度判定機構の判定手順を図面に従って説明する。

前記ガス検知回路３は、前記記憶部５に記憶されたデータを参照して、ガス検知素子１の特性に応じた重回帰演算式より最新のデータにおける出力値とベース出力仮予測値との差を求める劣化判定機構６を設けて劣化判定工程を行う。具体的に、図２に示すように、前記ベース出力仮予測値Ｙ１は、記憶部５に記憶された８つのデータをもとに、数１から求められる（＃１）。

ベース比較機構７は、ベース比較工程を行う（＃２）。ベース比較工程では、得られたベース出力仮予測値Ｙ１が劣化しきい値Ａ０より小さい場合には、ガス検知素子が劣化していないものとして、数２より最新のデータにおける出力値とベース出力本予測値との差Ｙ２を求め（数２適用センサ）、得られたベース出力仮予測値Ｙ１が劣化しきい値Ａ０より大きい場合には、ガス検知素子が劣化しているものとして数３より、最新のデータにおける出力値とベース出力本予測値との差Ｙ３を求める（数３適用センサ）（＃２〜＃４）。

それぞれの場合において、前記最新のデータにおける出力値と前記ベース出力本予測値との差Ｙ２、Ｙ３が第一しきい値Ａ１１、Ａ１２りも小さいときに、前記ガス検知装置の出力が安定したものとする。

また、前記ガス検知装置の出力が安定していないと判定された場合に、新たなデータ（Ｔ９，Ｖ９）を得て＃１の処理にもどる。この際、新たに求めたデータを含めて最新の８つのデータをもって、再度判定を繰り返す。（＃５）

尚、前記複数組のデータを１秒（第一所定時間）ごとに求めるとともに、これらのデータのうち２秒差（第二所定時間）のデータにおける出力値の差が第二しきい値Ａ２よりも小さいとき、前記ベース比較工程を行うことなく前記ガス検知装置が使用可能に安定したものとする旧来の出力差判定工程による判定も併せて行う（図３参照）

また、前記ガス検知装置に温度センサを設けておき、環境温度が高いときと低いときとでそれぞれ異なる関数近似方法を適用する温度判定工程を行うことによって、より正確に安定ベース出力値を求めることができる。
具体的には、前記劣化判定機構がベース出力仮予測値を求める前に環境温度を求め、環境温度が３５℃を超えるか否かによって環境温度に応じた関数近似方法を適用してそれぞれの状況に応じたより正確な安定ベース出力値を求めることができる。（図４参照）

上述のガス検知装置により、種々のガス検知装置の初期出力安定度の判定を行ったところ、図５のようになり、２５秒で安定ベース出力が得られる数２適用センサでは、従来の判定方法で１９秒かかっていた初期出力の安定度の判定を１０秒で行え、安定ベース出力を得るのに１３０秒かかる数３適用センサでは、従来の判定方法で７４秒かかっていた初期出力の安定度の判定を２９秒で行えるなど、迅速にガス検知装置が使用可能であることを判定することができるようになった。

次に安定ベース出力の実測値と、ベース出力本予測値との差（横軸）を求め、それぞれのガス検知装置に１００ｐｐｍのメタンガスを供給した場合のガス検知出力値の誤差（縦軸）と対照したところ図６（ａ）四角印に示すようになり、両者はきわめて良く一致していることがわかった。つまり、ガス検知出力値の誤差がベース出力本予測値の誤差のみに依存しているので、ガス検知出力値は第一しきい値の範囲内でしか狂わず、このガス検知出力値から換算される警報濃度が所定の誤差範囲内に入るように設定することにより、速やかに正確な警報判定が開始できることが読みとれる。尚、ガス検知出力を警報濃度に対応させると図６（ｂ）四角印のようになり、いずれのガス検知装置による警報判定も許容される誤差範囲内の濃度（７０〜２００ｐｐｍ）で行われることがわかり、ガス警報器として正確に応答することができていることが確認できた。
尚、図６（ａ）丸印は、ガス検知素子の劣化の程度にかかわらず数１〜３に代え、数４の近似式のみで、安定度の判定を行った場合のばらつきを示している。図６（ａ）中縦軸と横軸とが一致せず、中央線に対して傾斜する傾向を示していることが読みとれ、ガス検知素子の劣化の度合いにかかわらず正確な判定を行うことが困難であることがわかる。

種々の熱線型半導体式ガス検知素子の通電直後の過渡応答出力の安定化傾向を調べたところ、図７に示すようになった。図７中一週間無通電状態のガス検知素子の通電直後の過渡応答が実線であるのに対して、１日１回の実使用を１週間以上繰り返しているガス検知素子の過渡応答が破線で示されることがわかった。これに対し、前記パージ機構を設け、パージ後２４時間経過時の過渡応答波形は、一点鎖線で示されるようになっている。つまり、パージ機構を設けることによって、ガス検知素子の出力の過渡応答波形は、十分破線に近づいていることが読みとれる。従って、このような過渡応答波形から安定ベース出力値を予測するには、前記破線の波形を近似式として採用することによって、きわめて正確な予測が可能になることがわかった。

尚、先の実施の形態では８つのデータで重回帰演算を行う関数近似を採用したが、データ数はこれに限るものではなく、さらに関数近似の手法は、ファジー推論、ニューラルネットワーク技術等種々公知の手法を採用することができる。

ガス検知装置の出力安定度を迅速に判定することによって、そのガス検知装置の取扱性を向上させることができた。

ガス検知装置の概略図 劣化判定工程およびベース比較工程の流れ図 出力差判定工程の流れ図 温度判定工程の流れ図 安定化判定の終了時期を示すグラフ 安定化判定終了後のガス検知出力のばらつきを示す図 パージ機構による出力波形の変化を示す図

符号の説明

１ ガス検知素子
２ 筐体
３ ガス検知回路
６ 劣化判定機構
７ ベース比較機構

Claims (7)

1. 通電によりガス検知素子から出力を得るガス検知装置から、通電開始後ベース出力が安定する途中の経過時間とそのときの出力値とを示す複数組のデータを得るとともに、そのデータに基づき前記ガス検知装置の出力安定度を判定する出力安定度判定機構であって、
   前記複数のデータから、前記ガス検知装置のベース出力が安定したときの出力を予測してベース出力仮予測値を求め、そのベース出力仮予測値に基づき、前記ガス検知素子の劣化度を判定する劣化判定機構を設け、
   前記ガス検知素子の劣化度に応じた関数近似方法を適用して、前記複数のデータから前記ガス検知装置のベース出力が安定したときの出力値を予測して、ベース出力本予測値を求め、最新のデータにおける出力値と前記ベース出力本予測値との差に基づいて、前記ガス検知装置の初期応答出力の安定度を判定するベース比較機構を設けた出力安定度判定機構。
2. 前記最新のデータにおける出力値と前記ベース出力本予測値との差が第一しきい値よりも小さいときに、前記ガス検知装置の出力が安定したものとする請求項１記載の出力安定度判定機構。
3. 前記ガス検知装置の出力が安定していないと判定された場合に、新たなデータを得るとともに、前記ベース比較機構が前記新たなデータを参照して、前記ガス検知装置の初期応答出力の安定度を判定する請求項２記載の出力安定度判定機構。
4. 前記ベース比較機構が、環境温度に応じた関数近似方法を適用して、前記ガス検知装置の初期応答出力の安定度を判定する請求項１〜３のいずれか一項に記載の出力安定度判定機構。
5. 前記複数組のデータを第一所定時間ごとに求めるとともに、これらのデータのうち第二所定時間差のデータにおける出力値の差が第二しきい値よりも小さいとき、前記ベース比較工程を行うことなく前記ガス検知装置の出力が安定したものとする請求項１〜４のいずれか一項に記載の出力安定度判定機構。
6. ガス検知素子への無通電時間が第三所定時間に達したときに、前記ガス検知素子にパージ通電するパージ機構を設けてある請求項１〜５のいずれか一項に記載の出力安定度判定機構。
7. 前記第三所定時間を２４時間とし、前記パージ通電をガス検知温度以上で１分間以上行うものとする請求項６記載の出力安定度判定機構。

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